极端静水压力对聚合物电解质中离子扩散的影响：玻璃化转变压力的出现

《Extreme Mechanics Letters》：Effect of extreme hydrostatic pressure on ion diffusion in polymer electrolytes: Emergence of glass-transition pressure

固态电池聚合物电解质在极端静水压力下的离子扩散机制研究。通过分子动力学模拟发现聚氧化乙烯（PEO）电解质存在玻璃转变临界压力，高于该压力时材料呈现类玻璃态特性，导致Li+离子迁移率显著变化。理论分析表明离子扩散率与材料体积成正比，受同一临界压力调控，为开发耐高压固态电池电解质提供了理论依据。

　　

赵欣张|邹卫峰|赵宇凯|朱树泽|李铁峰

中国浙江大学海洋传感国家重点实验室，杭州310027

摘要

在固态电池中，聚合物电解质对于需要机械柔韧性和耐受性的应用至关重要。最近的研究进展强调了在极端环境中使用固态电解质的潜在重要性，例如深海勘探过程中遇到的高静水压力。因此，了解极端静水压力如何影响聚合物电解质中的离子扩散具有重大意义。在这项工作中，我们利用大规模分子动力学模拟来研究锂双(三氟甲磺酰)亚胺（LiTFSI）在代表性聚合物电解质——聚氧化乙烯（PEO）中的扩散行为。我们发现了一种以前未报道的机制，该机制与玻璃化转变压力的出现有关，超过这一压力后，聚合物基体表现出类似玻璃的特性。Li?离子的传输行为在这一临界压力以下和以上表现出明显差异。通过理论缩放分析，我们表明离子扩散率与材料体积成正比，因此受同一相变压力的控制，这解释了我们的模拟结果。这项工作为理解和设计能够承受极端压力的聚合物电解质提供了潜在的指导。

章节摘录

正文

由于在能量密度、循环寿命和安全性方面的优越性能，固态电池受到了广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。固态电解质具有高离子导电性、电化学稳定性、机械柔韧性和与电极的良好适应性，是关键的组成部分。其中，聚合物电解质在机械柔韧性方面具有独特的优势[7]、[8]、[9]。最近的研究进展……

CRediT作者贡献声明

邹卫峰：撰写 – 审稿与编辑，可视化。赵宇凯：撰写 – 审稿与编辑，可视化。赵欣张：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，软件，方法学，研究，形式分析。朱树泽：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，验证，监督，资源管理，项目协调，研究，资金获取，概念构思。李铁峰：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资源管理，项目协调

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点技术研发计划（项目编号2023YFC2812700、2022YFC3203900）、浙江省自然科学基金杰出青年科学家基金（项目编号LR23A020001）、国家自然科学基金（项目编号12002304、12321002、12272337、T2125009）、浙江省“先锋”研发计划（项目编号2023C03007）以及中央高校基本科研业务费的支持。

作者声明

无

利益冲突