LiTFSI 调控的自支撑导电聚合物水凝胶用于柔性超级电容器
将 PEDOT:PSS 引入 PAAm/PVA 双网络骨架、以 LiTFSI 作离子调控剂,制得自支撑导电水凝胶 PPLi,平均电导率 28.4 S cm⁻¹(最高 33.2 S cm⁻¹),比电容 202.5 F g⁻¹,可拉伸约 506%,抗冻至 −40°C。
将 PEDOT:PSS 引入 PAAm/PVA 双网络骨架、以 LiTFSI 作离子调控剂,制得自支撑导电水凝胶 PPLi,平均电导率 28.4 S cm⁻¹(最高 33.2 S cm⁻¹),比电容 202.5 F g⁻¹,可拉伸约 506%,抗冻至 −40°C。
研究提出一种由无机锂盐(LiI/LiBr)与耐还原单醚溶剂(四氢呋喃和己基甲基醚)组成的无氟电解液,在微米硅负极表面形成无LiF的SEI,缓解其容量快速衰减。该SEI不同于由低聚物与无机物(LiF、Li 2 O)构成的镶嵌结构,而是在硅表面形成具粘结剂功能的高分子量聚合物,在颗粒粉化后仍维持颗粒完整性与电连接。
推荐理由:原文给出无氟电解液在微米硅负极上形成类粘结剂高分子SEI的机理与循环数据,可供硅负极电解液设计参考。
研究采用聚(3-(1-乙烯基-3-咪唑基)丙磺酸盐)这一聚两性离子作为单一介质,统一电突触与光突触功能,器件事件能耗低至 10.95 aJ。咪唑环稳定阳离子电荷,共价连接的阴阳离子对阻止长距离离子迁移,带来可逆电荷俘获与多波长光突触调制。器件演示了加密图像解码、颜色引导机器人操作、行人速度识别与运动预测。
推荐理由:原文用共价键连的咪唑型聚两性离子同时承担离子与光响应功能,读者可据此判断单介质光电突触器件的集成路径。
研究以丙烯腈(AN)基聚合物作为宿主框架,通过与游离丁二腈(SN)建立优化相互作用,在热力学上抑制SN的α-氢去质子化与聚合等寄生反应。所得电解质离子电导率为2.17 mS cm⁻¹,Na|Na对称电池稳定循环6200 h;Na|磷酸钒钠全电池在1.0 C下5000次循环后容量保持95.6%,2.0 C下10000次循环后保持93.4%,正极负载20 mg cm⁻²的软包电池也表现稳定。
推荐理由:以丙烯腈基聚合物为宿主调控与丁二腈的相互作用,为抑制固态钠电池电解质的去质子化副反应提供了一条热力学思路。
研究在自固化聚合物骨架中引入双盐体系,利用阴离子间相互作用固定阴离子、释放更多 Li+,使离子电导率达到 2.23 mS cm−1、Li+ 迁移数达到 0.55。
推荐理由:双盐体系通过阴离子固定与聚合物能级调控,把离子电导率和锂离子迁移数同时抬升,并给出对称电池与全电池的循环数据。
以(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵为单体、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖为生物质骨架,经原位光聚合构建无外源负载水凝胶,用于糖尿病烧伤感染的电化学治疗(ECT)。水凝胶骨架上的季铵基团先通过静电吸引捕获细菌,嵌入的铂电极在温和的2.0 V下于阳极将基质内Cl⁻氧化为活性氯物种杀菌,阴极电解水产生H₂下调促炎细胞因子IL-6与IL-1β。
研究报道了一种共聚物电解质RFPE,将刚性苯乙烯磺酸(SS)骨架与柔性乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(EGMEM)链段结合,以同时获得力学强度与快速Li+传输。
研究开发了一种植酸钠(SP)交联PVDF粘结剂,用于富锂锰基氧化物(LRMO)正极,以增强界面离子传输并抑制表面氧失活引起的机械化学降解。SP通过调控PVDF晶相促进Li+传输、引入极性基团增强结合,使电极组分分布更均匀,并抑制LRMO表面晶格氧的不可逆氧化,从而减少活性氧(ROS)和O2气体释放。
推荐理由:通过植酸钠交联PVDF粘结剂调控晶相与极性基团,读者可看到粘结剂设计如何同时改善富锂锰基正极的界面离子传输与氧活性抑制。
研究报道了以固态阳离子聚氨酯(cPU)为栅介质的电解质栅控人工突触,通过改变 cPU 的反离子来调控 Li+ 迁移与再分布。紧凑的 Br− 反离子抑制 Li+ 传输,带来长时程突触可塑性;体积较大的 BPh4− 反离子削弱 Li+ 配位,并通过与 Tf2N− 的阴离子交换促进 Li+ 传输,得到短时程可塑性。
推荐理由:作者用反离子调控固态聚氨酯电解质中的 Li+ 传输,把突触可塑性的长短时程差异做成了可设计的材料参数。
研究将三氟甲磺酸甲酯(TMS)作为离子微环境调节剂引入阳离子聚离子液体固态电解质,通过调节聚阳离子骨架的局部电荷分布产生阴离子捕获效应,同时促进锂盐解离。
推荐理由:原文给出TMS调控聚离子液体电解质电荷分布与阴离子捕获的机理,并附−15°C下两类全电池的循环数据。
研究者将临床ACE抑制剂赖诺普利(LIS)重新用作水系锌离子电池的痕量多功能电解液添加剂,其多齿两亲结构可原位组装梯度有机-无机杂化SEI并改变[Zn(H2O)6]2+溶剂化壳层。
推荐理由:赖诺普利作为痕量双功能添加剂,同时调控溶剂化壳层与界面,为锌离子电池电解液设计提供可迁移思路。
研究团队提出聚丙烯酰胺基脂质(PAM-lipid)作为 mRNA-LNP 中 PEG-lipid 的替代物,通过改变单体化学、分子量与端基调控 LNP 粒径、分散度和转染效率,多种 PAM-lipid 不与抗 PEG 抗体结合。
推荐理由:原文给出 PAM-lipid 单体化学、分子量与端基对 LNP 粒径和转染效率的影响,并展示其规避抗 PEG 抗体的重复给药数据。
研究报道了一种基于非对称活性层结构的全软有机电化学二极管(OECD),在±1 V下整流比最高达2.23 × 10⁴,并在最高30%的拉伸应变和反复机械形变下保持稳定工作。器件采用转印的超薄离子凝胶界面,在应变下仍保持共形覆盖与电化学活性结构,并可用于可变形整流器、逻辑门以及抑制可变形压力传感阵列中串扰的信号隔离元件。
推荐理由:原文给出全软有机电化学二极管在30%拉伸应变下的整流比与阵列串扰抑制效果,可作为柔性电子信号隔离器件的参考。
研究以聚丙烯腈(PAN)作为极性高分子中间层,利用腈基(C≡N)偶极弛豫构建有机突触晶体管,用于时序声学储备池计算。记忆窗口ΔV随PAN浓度非单调变化,作者将其归因于界面极化强度与偶极弛豫能力之间的竞争。
推荐理由:原文把PAN腈基偶极弛豫与突触记忆窗口联系起来,并给出语音识别与语音情感识别的实测准确率,可供做神经形态器件的人参考。
Nature Chemistry 刊出的这篇观点指出,一种液态电解质设计可在极端温度与充电倍率条件下为硅负极提供界面保护并减少电极膨胀,同时具备耐锂沉积能力。硅负极虽能提升锂离子电池能量密度,但在上述工况下面临可逆性挑战。
推荐理由:面向硅负极在极端温度与倍率下的可逆性难题,这篇观点梳理了液态电解质设计如何兼顾界面保护与耐锂沉积。
研究报道了一种嵌入中空高熵MOF微胶囊的智能凝胶聚合物电解质(HEMOF@TP@DZC GPE),微胶囊封装阻燃剂磷酸三乙酯(TEP),由相变材料(PCM)作为温度响应开关,升温时触发TEP释放以中断燃烧链反应。
推荐理由:原文给出该凝胶聚合物电解质在80 C下80.5 mAh g⁻¹、20000次循环容量衰减仅1.55%的数据,可用于判断微胶囊热调控路线的性能边界。
研究构建了聚阴离子-吉西他滨偶联物(PAAGem)与假肽N6L静电组装的两种纳米体系:层层组装纳米结构脂质载体(LbL-NLCs)和聚电解质复合物(PEC)。在鼠源PDAC细胞中,LbL-NLCs的抗癌效果显著优于游离吉西他滨+N6L,而PEC改善有限,体内实验进一步验证了该结果。
研究报道了一种聚芳基奎宁环阴离子交换膜,通过引入延展芳环单元增强尺寸稳定性并抑制气体渗透,H2-in-O2 交叉量仅 0.53 vol% @0.1 A cm⁻²,在 2.0 V 下电流密度达 8.5 A cm⁻² 并稳定运行 1250 h。
推荐理由:原文给出聚芳基奎宁环膜在电解槽中的氢气渗透与长时运行数据,可供判断阴离子交换膜在波动可再生能源下的适配性。
研究团队提出一种全水相 water-in-water 双相电解质,由约 10 µm 的富 dextran 相液滴分散在富 PEG 水相中,利用相界面缓冲局部 Zn2+ 积累并在沉积与剥离过程中重新分配离子。Zn||Zn 电池在 10 mA cm−2、10 mAh cm−2 下稳定循环 1100 h,Ah 级 Zn||NaV3O8 软包电池实现长期运行,表明界面静电而非溶剂化学主导 Zn2+ 传输。
推荐理由:原文给出全水相双相电解质的相区尺寸与锌沉积循环数据,读者可据此判断水—水界面调控离子传输的可行性。
研究通过定向冷冻干燥制备了具有取向通道的各向异性电解质,其贯通方向离子迁移率为无序对照的两倍,并显著提升离子驱动器性能、缓解应变与阻塞力之间的固有权衡。作者提出从随机扩散到定向限域的统一分析框架,并在多种聚合物体系中观察到定向限域效应,该策略可用于软体电化学驱动器的抓取器与仿生机器人。
推荐理由:原文给出定向冷冻干燥制备各向异性电解质的方法,并量化贯通方向离子迁移率提升与应变—阻塞力权衡的缓解。
研究报道了一种溶剂化平衡锁定电解液(SELE),将低凝固点弱溶剂化溶剂亚硫酸二甲酯(DMS)与离子液体共溶剂Pyr13DFOB结合,使溶剂分离离子对、接触离子对和聚集体在−60°C至60°C基本不变。
推荐理由:原文给出溶剂化结构在−60°C至60°C基本不变的谱学与模拟证据,读者可据此理解宽温域电解液的分子设计思路。
研究提出一种细胞内形态转变策略,使聚合物胶束在肿瘤细胞内高还原环境下脱除 PEG 壳并原位形成凝聚层微滴。形成的凝聚层微滴可破坏内体膜实现内体逃逸,并作为药物储库抑制突释与降解,延长滞留时间。该凝聚层还能从周围环境捕获游离药物,提高时序错开药物的瘤内蓄积,从而改善序贯治疗。
推荐理由:原文给出还原环境触发 PEG 壳脱除并原位形成凝聚层微滴的机制,读者可据此判断这类递送体系的响应逻辑。
研究显示,胍基阳离子聚合物 PO 3 G 优先杀灭富集持留菌的菌群,并显著扰动呼吸电子传递。该扰动使持留菌持续产生超氧相关的氧化应激、无法恢复 NADH/NAD+ 稳态,进而逐步失去活力。PO 3 G 还能显著减少多种触发因素在不同菌种中诱导的持留菌,在体内实现最高 7 个数量级的细菌载量下降。
推荐理由:原文给出胍基阳离子聚合物 PO 3 G 通过扰动电子传递链优先杀灭持留菌的机制与体内数据,可据此判断其抗菌应用潜力。
研究报道一种质子介导的配位平衡机制,通过植酸与植酸锌耦合动态平衡质子活性和Zn–O配位,持续重构局部水合环境,抑制氢键有序化并阻止水结晶,同时以跳跃传输维持Zn2+解离与迁移。
推荐理由:原文给出质子介导配位平衡抑制水结晶的机制,以及−60°C下的电导率与循环数据,可据此判断水凝胶电解质在超低温锌电池中的适用性。
研究提出聚合物–电解质共溶剂化匹配状态,通过协同机制实现锂离子快速选择性传输,并据此制备双调控弱配位凝胶聚合物电解质(DWGPE),由弱化锂离子结合的含氟聚合物骨架、通过氢键固定阴离子的酰胺官能化交联剂和弱溶剂化的己二腈液相组成。
推荐理由:原文给出凝胶聚合物电解质中聚合物与溶剂共溶剂化匹配的设计思路,以及6 C下万次循环的衰减数据。
研究团队设计了一种冠醚基多孔液体电解质,通过大环主体的结构双重性调控微环境,使部分 Zn2+ 的局部溶剂化环境重构,同时以位阻限制多碘化物的缔合与可及性。该电解质在 0.2 A g⁻¹ 下实现 0.77 V 的放电平台(vs Zn2+/Zn)和 0.38 V 的电池极化,并在 1 A g⁻¹ 下 1000 次循环保持 89% 容量,同时缓解介体诱导的锌腐蚀。
推荐理由:原文给出冠醚多孔液体电解质在锌硫电池中的放电平台与循环数据,可据此判断其解耦氧化还原动力学与稳定性的设计思路。
研究将季铵化木质素(QAL)引入聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基凝胶聚合物电解质,利用 QAL 缺电子的季铵基团锚定阴离子、促进 NaTFSI 解离以提高 Na⁺ 电导,同时借助其 π 共轭骨架向反应位点转移电荷,促进 TFSI⁻ 分解并形成稳定的富 NaF SEI。
推荐理由:季铵化木质素同时锚定阴离子并促进 TFSI⁻ 分解,为凝胶电解质兼顾离子电导与稳定 SEI 提供了一条设计思路。
研究者将功能性有机盐AMPSNa与交联剂PETA原位聚合,制备了凝胶聚合物电解质(GPE),通过将AMPS−锚定在聚合物骨架上削弱Na+与溶剂的相互作用,并利用AMPS−还原生成无机SEI组分,实现Na+脱溶剂化动力学与SEI稳定性的双重调控。
推荐理由:原位聚合的凝胶聚合物电解质通过锚定有机盐阴离子调控Na+脱溶剂化与SEI,为钠离子电容器界面设计提供可迁移思路。
研究揭示丁二腈(SN)在 PEO‒LiTFSI 固态聚合物电解质中于锂金属和正极两侧均发生温度驱动的界面反应,其中正极侧反应对界面退化和容量衰减的贡献大于锂-SN 界面反应。
推荐理由:原文揭示 SN 在 PEO‒LiTFSI 电解质中正极侧界面反应对容量衰减贡献更大,并给出 PEDOT 双层抑制方案。
研究开发了聚吡咯调控的固态聚合物电解质 PPyPL,通过化学差异化的配位位点重构离子溶剂化结构:吡咯氮位点优先配位 Li+,PPy 主链上的氢位点与 TFSI− 阴离子相互作用,从而同时促进锂盐解离、加速 Li+ 传输并诱导 LiF/Li3N 富集界面形成。
推荐理由:原文给出 PPy 调控固态聚合物电解质的配位设计与室温离子电导率、Li+ 迁移数等关键指标,可据此判断其在固态锂电池中的可行性。
研究团队开发了一种仿生多层异质吸湿(MHH)膜,将蒸汽捕获与液体储存解耦,灵感来自白骨壤叶片的盐管理策略,由可接触空气的纳米纤维界面与刷状水凝胶储层组成。干燥过程中氯化锂(LiCl)在纳米纤维层富集,遇湿空气快速发生界面潮解,盐溶液随后转入下层水凝胶,PEG 侧链通过降低内部扩散阻力促进水传输。
推荐理由:仿生多层吸湿膜把盐富集在纳米纤维界面、水储存在水凝胶层,读者可据此判断快速循环集水的设计思路。
研究团队构建了负载 Zn(OTf)₂ 的聚乙烯醇-硼砂(PVA-B)网络水凝胶电解质,离子电导率达 45.77 mS cm⁻¹。PVA-B 骨架形成非均相静电环境,通过低能垒跳跃机制引导 Zn²⁺ 迁移,同时促进 Zn²⁺ 导电固体电解质界面(SEI)生成以加速界面扩散;水凝胶还重构 Zn²⁺ 溶剂化鞘,抑制副反应并降低去溶剂化能垒。
推荐理由:PVA-B 水凝胶电解质给出 45.77 mS cm⁻¹ 离子电导率,并解释体相与界面 Zn²⁺ 传输的级联协同机制。
研究团队合成了一系列聚(2,2′-二丙基联苯-co-联苯-co-三联苯哌啶鎓)粘结剂(RR X,X=22‒100),通过超酸催化多羟基烷基化制备,发现区域规整度与阳离子化学、离子交换容量和骨架家族解耦。
推荐理由:通过不对称联苯单元的区域规整度调控阴离子交换离聚物粘结剂,在中间区域获得最优的电荷转移与耐久性平衡。
一种水凝胶电解质通过破坏四面体氢键网络并多样化局部配位环境,抑制水结晶与寄生析氢,同时调控界面Zn²⁺转移动力学。对称电池稳定超8000 h,全电池循环15000次,并在−30 °C下保持高可逆性。该热力学–动力学耦合策略为极端条件下高性能水系电池设计提供了思路。
研究团队报道了一种超薄压力门控离子接触(PGIC)传感器,由堆叠的离子导电纳米网层与多孔绝缘纳米网中间层构成,法向压力通过多孔层局部激活离子导电通路,而面内拉伸变形不形成该通路,从而在法向压力下产生离子接触介导的电容响应、在拉伸应变下电容变化可忽略。
推荐理由:原文给出压力门控离子接触结构在拉伸应变下电容几乎不变的设计思路,可供柔性触觉传感界面参考。
该工作通过SnF2引发四氢呋喃(THF)原位聚合构建PTHF凝胶电解质,并参与形成富含氟化物和NaxSny的SEI,同时用微米级硬碳(µHC)改性集流体以增强亲钠性。
推荐理由:原文给出PTHF凝胶电解质的Na+迁移数与电化学窗口,并展示无负极钠电池在室温和−10°C的循环数据。
研究团队设计了一种含导电高分子骨架的弹性(110)取向锂负极(e-Li (110)),将(110)晶面取向与优化后的4%拉伸应变耦合,使锂外延生长在30 mAh cm–2容量和25 mA cm–2电流密度下才发生破坏。
推荐理由:原文给出弹性导电高分子骨架与4%拉伸应变耦合的(110)取向锂负极,读者可据此判断高倍率锂金属负极的应变工程路径。
研究报道一种双功能防火微胶囊策略,用于构建兼具灭火能力的分级固态聚合物电解质(HSPEs)。灭火剂全氟(2-甲基-3-戊酮)被封装在经植酸氢铵改性的脲醛树脂壳内,并引入乙烯-醋酸乙烯酯基体;受热时微胶囊快速破裂释放灭火剂抑制燃烧,植酸氢铵衍生壳层形成保护性炭层延缓热与质量传递。
推荐理由:原文给出微胶囊在热刺激下破裂释灭火剂并成炭阻隔的双重机制,以及室温离子电导率与电化学窗口数据。
废弃口罩耳带经NaCl辅助改性被升级回收为柔性直流摩擦纳米发电机(DC-TENG),PEDOT:PSS/PVA/Pullulan复合材料同时充当电极与摩擦层,简化了制备并减少了金属用量。盐处理引入Na⁺–PSS⁻配位,无需有毒掺杂剂或复杂后处理即可提升分子迁移率、界面极化与电荷转移。器件在机械形变下输出约1 V峰值电压、约180 µA电流和0.5 W m⁻²最大功率密度。
一种由聚丙烯酰胺(PAM)、植酸(PA)与 PEDOT:PSS 组成的半互穿网络水凝胶通过一锅法合成,兼具离子-电子双导电机制。该水凝胶断裂伸长率约 2134%、电导率 5.3 S/m,响应时间 160 ms,在 >600% 应变下灵敏度系数达 12,并具长期抗疲劳性能。该传感器可监测人体关节宏观运动,也能捕捉手写笔迹、摩尔斯电码敲击等细微生物力学信号,并实现无线可穿戴人机界面。