Weakly Coordinating Single‐Ion Conductors Integrated with High‐Dielectric Zwitterions for Accelerated Lithium‐Ion Transport

离子 锂(药物) 离子运输机 导电体 材料科学 电介质 化学物理 化学 无机化学 光电子学 有机化学 复合材料 医学 内分泌学
作者
Susung Yun,Puji Lestari Handayani,U Hyeok Choi
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (16): e202500684-e202500684 被引量:3
标识
DOI:10.1002/cssc.202500684
摘要

Single‐ion conductors with immobile anions can suppress concentration polarization during the cycling in lithium metal batteries (LMBs), thereby inhibiting lithium (Li) dendrite formation. However, strong binding interactions between the anion and Li + cation can hinder ion dissociation and transport within polymer electrolytes. Herein, weak‐binding single‐ion gel polymer electrolytes (WSGPE) are designed to enable fast ion transport while maintaining a high electrochemical stability window. The unique delocalized charge distribution of the weakly binding cyanamide‐containing monomer, combined with the high dipole moment of the zwitterionic monomer as a decoupling agent, facilitates Li + ion dissociation and reduces the activation energy for ion hopping. Consequently, the optimized WSGPE exhibits an ionic conductivity of 0.87 mS cm −1 , a near‐unity transference number of 0.79, and a shear storage modulus of 0.27 MPa at room temperature. These exceptional ion transport and mechanical properties enable stable Li plating/stripping for over 500 h at 0.1 mA cm −2 in Li symmetric cells, effectively suppressing dendrite growth. The design of weakly coordinating structures and the optimization process between ionic conductivity and the modulus is believed to facilitate the design of single‐ion polymer electrolytes and the achievement of high‐performance LMBs.
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