Deciphering Physical versus Chemical Contributions to the Ionic Conductivity of Functionalized Poly(methacrylate)-Based Ionogel Electrolytes

甲基丙烯酸酯 电解质 离子电导率 材料科学 离子键合 离子液体 电导率 化学工程 高分子化学 化学 离子 有机化学 物理化学 聚合物 复合材料 共聚物 电极 工程类 催化作用
作者
Anthony J. D’Angelo,Jerren Grimes,Matthew J. Panzer
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:119 (47): 14959-14969 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.5b08250
摘要

Polymer-supported ionic liquids (ionogels) are emergent, nonvolatile electrolytes for electrochemical energy storage applications. Here, chemical and physical interactions between the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMI TFSI) and three different cross-linked polymer scaffolds with varying chemical functional groups have been investigated in ionogels fabricated via in situ UV-initiated radical polymerization of methyl methacrylate (MMA), 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (TFEMA), or 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA) and a small amount of the cross-linker pentaerythritol tetraacrylate. Experimental findings demonstrate that the chemical functionality of the polymer side groups can significantly affect the degree of ion dissociation within the ionic liquid component of the ionogel and that the fraction of dissociated ions is the dominant factor in determining relative ionic conductivity in these materials, rather than any large differences in ion diffusivity. The MMA-based polymer scaffold exhibits a stronger attractive interaction with EMI TFSI (as evidenced by a higher activation energy of ionic conductivity) compared to the TFEMA- and DMAEMA-based scaffolds, resulting in consistently lower ionic conductivity values for MMA-based ionogels. These results may offer guidance toward the rational selection of future polymer–ionic liquid pairings in order to maximize the fraction of dissociated ions, thereby yielding highly conductive ionogel electrolytes.
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