Verbesserung der Kationendiffusion und Unterdrückung der Anionendiffusion durch lewis-säurehaltige Polymer-Elektrolyte

Feste Polymer-Elektrolyte (SPEs) haben das Potenzial, sowohl die Energiedichte als auch die Stabilität von lithiumbasierten Batterien zu erhöhen, aber die geringe Li+ Leitfähigkeit bleibt ein Hindernis für die technologische Lebensfähigkeit. SPEs sind so konzipiert, dass sie die Li+ Diffusivität im Verhältnis zu den Anionen maximieren, während sie eine ausreichende Salzlöslichkeit beibehalten. Es ist daher bemerkenswert, dass Poly(ethylenoxid) (PEO), das am häufigsten verwendete SPE, eine Li+ Diffusivität aufweist, die um eine Größenordnung kleiner ist als die von typischen Gegenionen bei moderaten Salzkonzentrationen. Wir zeigen, dass lewis-basische Polymere wie PEO eine langsame Kationen- und eine schnelle Anionendiffusion begünstigen, während sich dieses Verhältnis in lewis-säurehaltigen Polymeren umkehren lässt. Mithilfe molekulardynamischer Simulationen werden Polyborane identifiziert, die bis zu 10-fache Erhöhungen der Li+ Diffusivitäten und signifikante Verringerungen der Anionendiffusitäten im Vergleich zu PEO im verdünnten Ionenregime erreichen. Diese Ergebnisse veranschaulichen ein allgemeines Prinzip zur Erhöhung der Li+ Diffusivität und der Übertragungszahl mit Chemien, die eine schwächere Kation- und eine stärkere Anionenkohlenstoffbindung aufweisen.