Pyrrolidinium ionic liquid-based polymer electrolytes : tailoring 3D printability, thermal and electrochemical properties

Abstract

Lithium-ion batteries (LiBs) are crucial for the electronics and automotive industries, playing a key role in the transition to renewable energy. Alternative electrolytes are essential for enhancing the safety and performance of LiBs towards next-generation devices. This study combines the benefits of polymers and ionic liquids (ILs), focusing on pyrrolidinium-based ILs due to their exceptional stability, and explores approaches to create 3D printable, reprocessable, mechanically strong, and electrochemically and thermally stable electrolytes. The material concepts include the preparation of vitrimeric poly(ionic liquid)s using dynamic boric ester bonds, polymer composites with surface-modified nanofillers, fluorinated dicationic ILs for enhanced properties, and gel electrolytes with tunable properties through the interplay between components.

Lithium-Ionen-Batterien (LiBs) sind von zentraler Bedeutung für die Elektronik- und Automobilindustrie und spielen eine wesentliche Rolle beim Übergang zu erneuerbaren Energien. Die Entwicklung alternativer Elektrolyte zur Verbesserung der Sicherheit und Leistung von LiBs ist für Geräte der nächsten Generation unerlässlich. Diese Arbeit kombiniert die Vorteile von Polymeren und ionischen Flüssigkeiten (ILs), wobei der Schwerpunkt auf Pyrrolidinium-Basierten ILs aufgrund ihrer außergewöhnlichen Stabilität liegt, und erforscht Ansätze zur Herstellung von 3D-druckbaren, wiederverarbeitbaren, mechanisch starken sowie elektrochemisch und thermisch stabilen Elektrolyten. Die Materialkonzepte umfassen die Herstellung vitrimerer Poly-ILs unter Verwendung dynamischer Bindungen, Polymerkomposite mit oberflächenmodifizierten Nanofüllstoffen, fluorierte dikationische ILs für verbesserte Eigenschaften und Gelelektrolyte mit einstellbaren Eigenschaften durch das Zusammenspiel der Komponenten.