表面活性离子液体局部浓缩体系的电化学特性与结构调控研究

为解决高粘度表面活性离子液体(SAILs)在能源存储应用中离子传输受限的问题，研究人员通过非溶剂化稀释剂TFTFE构建局部浓缩离子液体(LCILs)体系。研究发现1:1配比的BMIM AOT/TFTFE混合液在保持纳米结构的同时实现粘度降低99%、电导率提升10倍，并维持>4 V电化学窗口。该研究为开发高性能离子液体电解质提供了新策略。

　　

在追求高效能源存储技术的道路上，离子液体(ILs)因其不可燃、热稳定性好等特性备受关注。然而传统表面活性离子液体(SAILs)如BMIM AOT（1-丁基-3-甲基咪唑1,4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸盐）虽具有独特的自组装纳米结构，却因高达4000 mPa·s的粘度严重限制了实际应用。如何在降低粘度的同时保持其优异的电化学性能和纳米结构，成为制约这类材料发展的关键瓶颈。

为解决这一难题，Hua Li等研究者在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，创新性地采用非溶剂化稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(TFTFE)构建局部浓缩离子液体(LCILs)体系。通过系统研究2:1、1:1和1:2三种配比的BMIM AOT/TFTFE混合物，揭示了稀释剂浓度对材料性能的调控规律。

研究主要采用流变学测试分析粘度变化，电导率测试表征离子传输性能，循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)测定电化学窗口和微分电容，结合小角/广角X射线散射(S/WAXS)解析体相纳米结构，并利用原子力显微镜(AFM)观测电极界面结构演变。

流变学特性

研究发现所有混合物均保持牛顿流体特性。1:1配比实现最优平衡，粘度从4600 mPa·s降至43 mPa·s（降幅99%），活化能从57 kJ/mol降至37 kJ/mol。进一步稀释至1:2时改善效果有限，显示"稀释收益递减"现象。

电导率与电化学性能

电导率呈现非单调变化，1:1混合物达峰值730 μS/cm（提升26倍）。CV测试显示所有混合物保持>4 V电化学窗口，1:1样品在35°C时微分电容达33 μF/cm²，形成典型的"双峰骆驼形"电容曲线，表明界面离子重排能力增强。

体相纳米结构

S/WAXS证实所有混合物保留特征性3 nm周期海绵状纳米结构，但相关长度从3.4 nm（纯BMIM AOT）递减至1.2 nm（1:2混合物）。电荷交替峰间距稳定在0.94-0.99 nm，证明TFTFE仅物理分离离子而不破坏局部结构。

界面纳米结构

AFM揭示有趣的双重效应：中性界面因TFTFE增强疏溶剂分离而结构有序化，但带电界面（±1 V）的纳米结构随稀释度增加而减弱。1:1混合物界面仍保持2 nm特征层间距，与体相结构对应。

这项研究首次将LCIL策略成功拓展至高粘度SAILs体系，建立"粘度-结构-性能"的定量关系。1:1配比BMIM AOT/TFTFE在保持纳米结构的同时，实现电导率量级提升和99%粘度降低，破解了SAILs在超级电容器等应用中面临的传输瓶颈。研究不仅为设计高性能离子液体电解质提供了新范式，其揭示的"稀释剂介导纳米结构调控"机制对胶体与界面科学具有普适意义。

特别值得注意的是，TFTFE通过选择性分配进入极性域而非完全溶剂化离子，这种独特的"物理隔离"作用使材料在粘度骤降时仍保持电化学稳定性。该发现突破了传统稀释必然牺牲性能的认知，为开发快充储能器件开辟了新途径。未来研究可进一步探索该策略在锂/钠离子电池电解质中的应用潜力，并开展长期循环稳定性评估。