兩性離子（又稱內鹽）代表了一種獨特但非常多樣化的材料類別，其中陽離子和陰離子物種共價結合。兩性離子已被廣泛研究，應用于表面活性劑、表面涂層和催化劑，以及作為液晶和嵌段共聚物的基本單元。然而，它們在為鋰金屬電池 盡管目前對兩性離子在電解質方面的應用有相關的報道，但是到目前為止，它們主要被用作添加劑或制造聚合物凝膠電解質。然而，兩性離子在作為帶電的非揮發性固體基質材料方面具有潛力：它支持目標離子的解離和傳輸，但自身不遷移。
澳大利亞迪肯大學的Jennifer M. Pringle 團隊報道了一類兩性離子，表現出分子無序和可塑性，這允許它們作為固態導電基質使用 。同時，他們研究了這類兩性離子與鋰鹽和鋰功能化聚合物結合形成固體或高鹽含量的液體電解質的物理和傳輸性質，這種兩性離子基電解質可以允許高目標離子傳輸，并支持穩定的鋰金屬電池循環。利用無序兩性離子材料作為電解質基質進行高目標離子傳輸，加上改變化學和物理性質，對于未來設計非揮發性電解質材料具有重要意義 。
圖2 10 mol% LiFSI在ZI（1）中的熱性能和傳輸特性 圖3 10 mol% LiFSI在ZI（1）中在鋰對稱和全電池中的性能 圖4 10 mol% LiFSI 在ZI(1) 中及其與鋰功能化聚合物納米顆粒（NPs）的混合物 圖5 采用50 mol% LiFSI液體在ZI（1）電解液中的電導率和對稱鋰電池性能 本文報道了具有塑性和高目標離子傳輸動力學的兩性離子材料作為非揮發性、非遷移電解質基質的應用 。三種體系被用來證明這一材料家族的廣泛適用性：
（1）塑性兩性離子可作為基質材料，提供一種非揮發性、離子導電的固體介質，而無需相互競爭的離子傳輸；
（2）該兩性離子可用于含有鋰功能化聚合物等功能添加劑的復合材料，以提高目標離子的傳輸和力學性能；
（3）對于高濃度的電解質系統，兩性離子可以與高濃度的鋰鹽結合，形成具有高鋰離子傳輸的非揮發性液體電解質。
這三個體系已經實現了鋰金屬電池的穩定循環。未來的工作將探討兩性離子對SEI層的影響，以減緩鋰枝晶的生長等。 這項工作也為其他電化學系統的電解質開發指明了一個新的方向。例如，無序的兩性離子材料可能有利于增加其他堿金屬或多價離子電池中的目標離子傳輸，并可以針對固體或液體電解質的發展而定制。
Jenny Pringle 教授是迪肯大學前沿材料研究所的高級研究員。她在迪肯大學領導研究離子電解質的開發和應用，包括熱能收集、二氧化碳分離和固態鋰電池。 研究主要集中在開發用于電化學裝置的新型液體和固體有機離子電解質： 離子液體： 這是一種新型溶劑，完全由離子組成，可用于各種合成和電化學應用。它們可以是不揮發和不易燃的，具有良好的離子導電性和優異的熱和電化學穩定性。對新系列離子液體的設計和合成及其在鋰和鈉電池等設備中的應用感興趣。 有機離子塑性晶體： 這些是在許多相同有機鹽系列中發現的結晶相，但這些鹽具有更高的熔點和各種形式的無序，因此具有塑性機械性能。這種可塑性及其固有的離子電導率使它們作為固態離子導體受到關注。這些可以開發用于熱能儲存和氣體分離膜。 熱能收集： 研究一系列不同的電解質—尤其是離子液體，以及用于熱電化學電池的氧化還原電對。這些設備旨在收集低品位廢熱。 Makhlooghiazad, F., O’Dell, L.A., Porcarelli, L. et al. Zwitterionic materials with disorder and plasticity and their application as non-volatile solid or liquid electrolytes. Nat. Mater. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41563-021-01130-z
原創文章，作者：科研小搬磚，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/11/e51abf38dd/
