Fully-Zwitterionic Polymer-Supported Ionogel Electrolytes Featuring a Hydrophobic Ionic Liquid

离子液体 电解质 聚合物电解质 聚合物 化学工程 化学 材料科学 高分子化学 有机化学 离子电导率 物理化学 工程类 催化作用 电极
作者
Morgan E. Taylor,Matthew J. Panzer
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:122 (35): 8469-8476 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.8b05985
摘要

In this report, fully-zwitterionic (ZI) copolymer scaffolds for ionogel electrolytes have been synthesized via in situ photopolymerization using various molar ratios of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) and sulfobetaine vinylimidazole (SBVI) within the hydrophobic ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMI TFSI). Depending on the chemical composition of the ZI scaffold, ionogel room temperature ionic conductivities are found to vary between 2.5 and 6.7 mS cm–1 at a fixed 20 mol % total polymer content. Compressive elastic moduli also exhibit a strong dependence on the co-monomer ratio, with values between 23 kPa and 11 MPa observed because of different degrees of ZI physical cross-linking. These results, together with NMR chemical shift analysis, suggest that the phosphorylcholine ZI group of MPC interacts more strongly with EMI TFSI, while SBVI prefers to self-aggregate and form dipole–dipole cross-links in the ionic liquid (IL). Self-diffusivity measurements of the EMI+ cations and TFSI– anions in both ionogel and ZI solution samples confirm that slower ion diffusion in MPC-containing systems is due to attractive zwitterion/IL interactions, and not merely reduced mobility in the presence of a polymeric scaffold. This work highlights the importance of relative zwitterion/IL and ZI dipole–dipole interactions on the properties of a novel class of fully-ZI polymer-supported ionogel electrolytes containing a hydrophobic IL suitable for future electrical energy storage applications.

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