Decoupled Ion Transport in Protein-Based Solid Electrolyte through Ab Initio Calculations and Experiments

电解质 氨基酸 化学 离子 离子电导率 离子键合 化学物理 电导率 从头算 快离子导体 密度泛函理论 计算化学 物理化学 有机化学 生物化学 电极
作者
Chunhua Ying,Xuewei Fu,Wei‐Hong Zhong,Jin Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (39): 9429-9435 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c02412
摘要

Decoupling the ion motion and segmental relaxation is significant for developing advanced solid polymer electrolytes with high ionic conductivity and high mechanical properties. Our previous work proposed a decoupled ion transport in a novel protein-based solid electrolyte. Herein, we investigate the detailed ion interaction/transport mechanisms through first-principles density functional theory (DFT) calculations in a vacuum space. Specifically, we study the important roles of charged amino acids from proteins. Our results show that the charged amino acids (i.e., Arg and Lys) can strongly lock anions (ClO4-). When locked at a proper position (determined from the molecular structure of amino acids), the anions can provide additional hopping sites and facilitate Li+ transport. The findings are supported from our experiments of two protein solid electrolytes, in which the soy protein (with plenty of charged amino acids) electrolyte shows much higher ionic conductivity and lower activation energy in comparison to the zein (lack of charged amino acids) electrolyte.
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