Eutectic Perturbations Enhance Multivalent-Cation Structural Diffusion in Salt-Concentrated Polymer Electrolytes

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作者
Guoli Lu,Jiaping Niu,Xiaofan Du,Chenyang Liu,Min Xing,Dongliang Chao,Yongping He,Lichun Ma,Zhihong Liu,Jingwen Zhao,Yaojian Zhang,Guanglei Cui
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (1): 296-304 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c02506
摘要

Cation transport in polymer electrolytes (PEs) is largely limited by insufficient segmental motion. Structural diffusion, often observed in salt-concentrated PEs, is emerging as an appealing transport mode for decoupling the correlation between ionic conductivity and polymer dynamics. However, due to inherently strong ionic association, realizing such a promise for multivalent cations remains challenging. We herein report a eutectic strategy that enhances the structural diffusion dynamics of divalent cations (e.g., Zn2+) in salt-concentrated polycationic PEs to approach levels comparable to those of monovalent cations. The strategic introduction of bipolar ligands (solid acetamide), eutectically inserting into the Zn2+-anion aggregates without directly plasticizing the polymeric skeleton, gives rise to local coordination distortions that weaken anionic traps on Zn2+ mobility. This eutectic perturbation further promotes microphase separation, creating expanded Zn2+ long-range percolating pathways independent of polymer backbones, enabling 3 orders of magnitude increase in ionic conductivity (to 2.4 × 10–5 S cm–1 at 30 °C) and supporting stable zinc metal cell cycling. Our strategy provides an alternative route toward molecular-scale controls over solid-phase conduction of charge-dense cations in PEs.
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