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标签： 学科前沿
关键词: 离子液体 结冷胶 固体聚合物电解质 变色装置
固体聚合物电解质（SPE）是一种非常有前景的材料，可替代电池、超级电容器和电致变色器件等电化学装置中的无机电解质。 聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯是目前应用最广泛的聚合物电解质。 这些聚合物价格昂贵且容易造成环境污染。 因此，基于天然聚合物的体系受到了越来越多的关注。 其中，结冷胶聚合物引起了研究人员的关注，它是一种脱乙酰基阴离子多糖聚合物，具有-COOH基团和-CH2OH基团，可与盐形成络合物固体聚合物电解质，提高离子电导率。 ，但其电导率仍然较低。 在SPE中添加合适的增塑剂是提高离子电导率的重要方法。 离子液体（IL）由于其不可燃性、高离子电导率、可忽略的蒸气压、优异的溶解无机和有机物质的能力以及高度离域电荷，在增强离子电导率方面具有巨大的潜力。 潜在的。
基于此，米尼奥大学的M. Costa研究团队使用了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)和含有1-乙基-3-甲基-咪唑硫氰酸酯([Emim][SCN])结冷胶的离子液体胶开发了一种新型环保SPE电致变色器件（ECD），可应用于显示器、传感器、智能玻璃等。研究人员评估了[Emim][SCN]含量对其形貌、力学性能等的影响。 SPE的热稳定性，通过热重分析（TGA）评估了SPE的热稳定性，并研究了其电信号和光学响应，并将其应用于ECD。
研究人员首先利用SEM观察了[Emim][SCN]含量对SPE表面形貌的影响。 结果表明，当IL含量为0 wt%和23 wt%时，SPE表面表现出优异的均匀性。 但当IL含量增加到32 wt%和39 wt%时，SPE的表面变得粗糙。 从EDS图像可以看出，各种原子均匀分布在SPE表面。
图 1. 不同 IL 含量的 SPE 的 SEM 和 EDS
（图片来源：ACS Appl. Mater.）
研究人员通过热重分析评估了 SPE 的热稳定性。 在热重分析图中，降解主要分为水分的损失和结冷胶基质的分解。 此外，研究人员分析了不同IL含量对SPE热性能的影响，发现IL含量并没有改变SPE的分解过程。
图 2. SPE 的 TGA、DTG 和 DSC
（图片来源：ACS Appl. Mater.）
接下来，研究人员研究了不同IL含量对SPE机械性能的影响。 研究人员采用切线法测量了SPE在3%弹性变形时的杨氏模量。 结果发现，除IL含量为23wt%的样品外，拉伸强度随着IL含量的增加而降低，这主要是由IL含量的增加引起的。 塑化引起的。 此外，研究人员还研究了样品离子电导率的变化，结果表明，离子电导率随着温度的升高而增加，SPE的离子电导率也随着IL含量的增加而增加。
图 3 SPE 的应力-应变曲线和离子电导率变化
（图片来源：ACS Appl. Mater.）
考虑到机械性能和离子电导率，研究人员选择了IL含量为39 wt%的结冷胶电解质来开发ECD。 研究人员通过循环伏安法比较了SPE和水性电解质，结果表明SPE中的信号比水性电解质中的信号更强，这主要是由于SPE中的离子扩散缓慢。 此外，两种电解质中的瞬态电流阶跃和光学响应表明，SPE在染色和漂白状态下的Δ%T为30.1±0.1%，高于水性电解质的Δ%T（28.4±0.2%），并且信号SPE 的强度更强。 稳定下来。
图 4. SPE 和水性电解质的循环伏安法、瞬态电流阶跃、光学响应和 ECD
（图片来源：ACS Appl. Mater.）
综上所述，本研究开发了基于含有不同[Emim][SCN]含量的结冷胶的SPE，研究了IL含量对SPE形态、力学性能等的影响，并将SPE应用于高性能和可持续的ECD 。 该器件具有高色彩对比度，并且比液体电解质更容易集成。 这项研究为制造高性能和可持续的 ECD 铺平了道路。
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