新提出的化学策略揭示了在能源设备中的更好应用

一个研究团队提出了一种新策略，使用一种称为两性离子-多金属氧酸盐的分子来优化和拓宽在燃料电池和超级电容器等能源设备中的实际应用。他们的发现发表在Polyoxometalates上。

在他们的策略中，两性离子用于优化多金属氧团簇电解质的应用，这些电解质由不同的含氧酸组成，具有高质子传导性。

“使用两性离子优化基于多金属氧酸盐的电解质在固态电容器中的应用可以提高质子电导率、循环稳定性和电容性能，”东北师范大学化学系教授Hong-YingZang说。该团队的工作是开发两性离子和多金属氧酸盐在超级电容器中的应用的创新策略。

基于多金属氧酸盐的固态电解质具有高离子电导率和优异的氧化还原活性。它们在作为下一代能源设备或可穿戴电子产品的固态电解质方面具有强大的应用潜力。然而，作为一种新型的固态电解质，多金属氧酸盐仍然存在一些问题，例如在聚合物中的溶解度低，特别是在固态超级电容器中。“两性离子具有很高的化学稳定性和不挥发性，可以有效解决这个问题，”Zang说。

这是通过两性离子的正电荷与多金属氧酸盐的阴离子之间的静电力实现的，该静电力促进多金属氧酸盐的解离并进一步增强其溶解度。此外，带负电荷的部分可以与阳离子结合，有利于离子的快速传输。

两性离子是包含正电荷和负电荷的分子。它们有时被称为“内盐”。两性离子的阳离子和阴离子通过共价键结合。科学家们研究了两性离子在表面活性剂、表面涂层和催化剂中的应用，以及作为液晶和嵌段共聚物的构建单元。

两性离子还具有不挥发、带电、不迁移等特点，主要用作电解质添加剂或添加到聚合物凝胶中，具有巨大的潜在应用前景。两性离子结构多种多样，其结构中不同的离子基团影响其化学、热和电化学性质。因此，团队选择合适的两性离子结构以尽可能优化电解质体系至关重要。

该团队选择了一种名为MIMPS的两性离子作为分子添加剂，以提高多金属氧酸盐在凝胶电解质中的溶解度和解离度。两性离子用于离解或分解多金属氧酸盐，依靠正电荷和负电荷的推拉与多金属氧酸盐阴离子相互作用。这种相互作用降低了对质子的结合作用并释放出更多的活性质子，从而提高了质子传导性。

接下来，该团队研究了它作为固态电解质在固态超级电容器中的应用。“通过两性离子改性，溶解度得到改善，同时基于多金属氧酸盐的电解质的质子电导率提高了约三倍，”Zang说。随着两性离子的加入，凝胶电解质的电导率和固态电容器的性能均得到改善。

两性离子支持新材料的设计，作为传统电解质中使用的离子材料的有价值替代品。目前用于电化学装置的绝大多数两性离子都是一类带有磺酸官能团的材料。当将两性离子添加到固体电解质中时，它们会增加目标离子传输，提高对电极稳定性，并形成更具导电性的固体电解质界面。

展望未来，该团队看到了使用这些两性离子多金属氧酸盐基电解质进行更广泛应用的可能性。“我们正在努力实现电解质中其他类型多金属氧酸盐的开发。我们最终希望在更多电化学装置中使用多金属氧酸盐电解质，包括液态或固态电池和电容器，”Zang说。