Polymeeristen ionisten nesteiden nousu edistyneissä materiaalisovelluksissa

Materiaalitieteen kehittyvässä maailmassa- Polymeeriset ioniset nesteet (PILS) ovat kiinnittäneet huomiota ionisen johtavuuden- lämmön stabiilisuuden ja viritettävien polymeerirakenteiden ainutlaatuiseen yhdistelmään. Nämä materiaalit tarjoavat lupaavia sovelluksia energian varastoinnissa- sähkökemiallisissa laitteissa- vihreissä liuottimissa ja toiminnallisissa kalvoissa - PILS- n asettaminen innovaatioiden avaintekijöinä sekä akateemisessa että teollisessa tutkimuksessa.

Mitkä ovat Polymeeriset ioniset nesteet ?

Polymeeriset ioniset nesteet ovat polymeerit, jotka sisältävät ionisia nestemäisiä ryhmiä Joko riipusryhminä polymeerirunkoa pitkin tai osana itse polymeeriketjua. Ne yhdistävät toivotut ominaisuudet ioniset nesteet —Tuipiteetti, sähkökemiallinen stabiilisuus ja ionin kuljetus-polymeerien mekaanisella kestävyydellä ja prosessoitavuudella.

PILS voidaan syntetisoida ionisten nestekonomeerien suoran polymeroinnin avulla tai funktionalisoimalla olemassa olevia polymeerirakenteita. Yleisiä kationeja ovat imidatsolium, pyridinium, ammonium ja fosfonium, kun taas vasta -arvot vaihtelevat kohdesovelluksesta riippuen.

Keskeiset edut ja ominaisuudet

1. Korkea ionin johtavuus
   PILS mahdollistaa ionin kuljetuksen sisäisen rakenteensa läpi, mikä sopii niihin kiinteisiin elektrolyytteihin litium-ioni-akut , polttokennot ja superkondensaattorit .

2. Lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus
   Ionisen luonteensa vuoksi PIL- t osoittavat voimakasta vastustuskykyä korkeille lämpötiloille ja kemialliselle hajoamiselle, mikä tukee niiden käyttöä ankarissa tai reaktiivisissa ympäristöissä.

3. Viritettävä molekyylisuunnittelu
   Polymeerirakennetta, ketjun pituutta, ionista ryhmän tiheyttä ja vastaionia voidaan hallita tarkasti, mikä mahdollistaa levityskohtaisilla ominaisuuksilla olevien materiaalien suunnittelun.

4. Matala höyrynpaine ja flamebbility
   PILS perii ionisten nesteiden pienen haihtuvuuden, mikä tekee niistä turvallisempia vaihtoehtoja perinteisille haihtuville orgaanisille yhdisteille (VOC) teollisuusprosesseissa.

5. Elokuvanmuodostus- ja kalvoominaisuudet
   Niiden prosessoitava luonne mahdollistaa PIL- n valmistuksen ohuiksi kalvoiksi, pinnoitteiksi tai kalvoiksi, hyödyllinen kaasuerottelu , ioninvaihto ja protonin johtavuus .

Avainsovellukset

• Energian varastointilaitteet -
  PIL- t toimivat solid-state-elektrolyytteinä tai ionien johtavina sideaineina paristot , superkondensaattorit ja Redox -virtaussolut , parantaa sekä suorituskykyä että turvallisuutta.
• Polttokennot ja sähkökemialliset järjestelmät -
  Protonia johtavia PIL-kalvoja kehitetään PEM -polttokennot vaihtoehtona tavanomaisille perfluoroituille ionomeereille, kuten Nafion.
• Kaasun erottelu ja kaappaus -
  Funktionalisoidut PIL -kalvot voivat valikoivasti vangita hiilidioksidi , tarjoamalla polun tehokkaampaan hiilen sieppaustekniikkaan.
• Elektroniikka ja anturit -
  Niiden ioninen luonne ja dielektriset ominaisuudet mahdollistavat niiden käytön joustava elektroniikka , ionotroniset laitteet ja biosensorit .
• Katalyysi ja vihreä kemia -
  Kiinteinä katalyytit tai tuet, PIL: t osallistuvat liuotinvapaat tai kierrätettävät reaktiojärjestelmät , yhdenmukainen kestävän kemian periaatteiden kanssa.

Viimeaikainen tutkimus ja suuntaukset

Viimeaikaiset edistysaskeleet estää kopolymeeri PILS ja silloittuneet ioniset verkot ovat avanneet oven parantuneelle mekaaniselle suorituskyvylle ja ulottuvuuteen. Sillä välin, PIL-pohjaiset nanokomposiitit - missä nanohiukkaset upotetaan polymeeriin ioniseen matriisiin - esittelee tehostettua johtavuutta, lämmönkestävyyttä ja toiminnallisuutta.

Tutkijat tutkivat myös biopohjaiset ioniset nesteet Uusiutuvien raaka -aineiden PILS: n syntetisoimiseksi yhdistämällä materiaalinnovaatiot ympäristövastuun kanssa.

Haasteet ja näkökohdat

Lupauksestaan ​​huolimatta haasteet säilyvät PILS: n laajamittaisessa synteesissä ja kustannusten vähentämisessä. Aiheet, kuten polymeroinnin tehokkuus, ionin liikkuvuuden kompromissit ja mekaaninen hauraus tietyissä rakenteissa, vaativat silti optimointia. Meneillään oleva tutkimus ja materiaalitekniikka käsittelee kuitenkin tasaisesti näitä esteitä.