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Porous Liquids as Electrolyte: A Case Study of Li+ and Mg2+ Ion Transport in Crown Ether-Based Type-II Porous Liquids
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-12-28 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.2c00956 Sun Hae Ra Shin 1 , Hyung-Seok Lim 2 , Kee Sung Han 1 , Alexander J. Robinson 1 , Aaron Hollas 2 , Bhuvaneswari M. Sivakumar 2 , Samantha I. Johnson 1 , Jaehun Chun 1 , Wei Wang 2 , Vijayakumar Murugesan 1 , Praveen K. Thallapally 2
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-12-28 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.2c00956 Sun Hae Ra Shin 1 , Hyung-Seok Lim 2 , Kee Sung Han 1 , Alexander J. Robinson 1 , Aaron Hollas 2 , Bhuvaneswari M. Sivakumar 2 , Samantha I. Johnson 1 , Jaehun Chun 1 , Wei Wang 2 , Vijayakumar Murugesan 1 , Praveen K. Thallapally 2
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We demonstrated an enhanced ion transport properties of type-II porous liquid-based electrolyte in which crown ether provides internal porosity and are capable of coordinating and transporting Li+ and Mg2+ ions. We investigated the solvation structure and transport properties of the porous liquid electrolytes with different functional groups and cavity sizes. Among the electrolytes studied, the 12-crown-4 (12C4)-based porous liquid electrolyte exhibited the most enhanced ionic conductivity due to size match between the crown ether cavity and the Li+ ion. Nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared analyses revealed that addition of crown ethers reduces the Li+ ion–solvent interaction, resulting in the formation of Li-crown ether complexes. Molecular simulations complement such observations by describing the detailed solvation environment at molecular scale, including complexation between Li+ and Mg2+ ions and 12C4. The strategy described here using crown ether-based porous liquids should be applicable to design versatile electrolytes for various metal-ion batteries.
中文翻译：
作为电解质的多孔液体：基于冠醚的 II 型多孔液体中 Li+ 和 Mg2+ 离子传输的案例研究
我们展示了 II 型多孔液体电解质的增强离子传输性能，其中冠醚提供内部孔隙率并能够协调和传输 Li +和 Mg 2+离子。我们研究了具有不同官能团和空腔尺寸的多孔液体电解质的溶剂化结构和传输性能。在所研究的电解质中，基于 12-crown-4 (12C4) 的多孔液体电解质由于冠醚腔与 Li +离子之间的尺寸匹配而表现出最强的离子电导率。核磁共振和傅里叶变换红外分析表明，冠醚的加入降低了 Li +离子-溶剂相互作用，导致锂-冠醚络合物的形成。分子模拟通过描述分子尺度的详细溶剂化环境（包括 Li +和 Mg 2+离子与 12C4 之间的络合）来补充此类观察结果。这里描述的使用基于冠醚的多孔液体的策略应该适用于为各种金属离子电池设计多功能电解质。
更新日期：2022-12-28
中文翻译：
作为电解质的多孔液体：基于冠醚的 II 型多孔液体中 Li+ 和 Mg2+ 离子传输的案例研究
我们展示了 II 型多孔液体电解质的增强离子传输性能，其中冠醚提供内部孔隙率并能够协调和传输 Li +和 Mg 2+离子。我们研究了具有不同官能团和空腔尺寸的多孔液体电解质的溶剂化结构和传输性能。在所研究的电解质中，基于 12-crown-4 (12C4) 的多孔液体电解质由于冠醚腔与 Li +离子之间的尺寸匹配而表现出最强的离子电导率。核磁共振和傅里叶变换红外分析表明，冠醚的加入降低了 Li +离子-溶剂相互作用，导致锂-冠醚络合物的形成。分子模拟通过描述分子尺度的详细溶剂化环境（包括 Li +和 Mg 2+离子与 12C4 之间的络合）来补充此类观察结果。这里描述的使用基于冠醚的多孔液体的策略应该适用于为各种金属离子电池设计多功能电解质。
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