北陆先端科学技术大学院大学物质化学前沿研究领域的松见纪佳教授、Amarshi Patra（博士生）发表研究成果称，利用生物来源原料，合成出了高分子材料“聚富马酸”，并在此基础上开发出了一种具有高密度离子液体结构的新型高分子离子液体。高分子离子液体作为可以充当各种能源器件材料、生物学材料、传感材料的功能性材料而备受关注，具有广阔的应用前景。相关研究成果已于9月12日发表在国际学术期刊《Advanced Energy Materials》上。
图1.高密度高分子离子液体的合成方法（供图：北陆先端科学技术大学院大学）
本次研究中，首先使用AIBN（偶氮二异丁腈）作为引发剂对富马酸酯进行自由基聚合反应，合成聚富马酸酯，又在100℃条件下使用氢氧化钾（KOH）水溶液处理该物质12小时，经过透析处理后得到了聚富马酸。此外，研究团队使用离子交换树脂处理烯丙基甲基咪唑氯化物，制备出了烯丙基甲基咪唑氢氧化物，再将其与最初得到的聚富马酸进行中和，从而成功获得了具有高密度离子液体结构的高密度离子液体（PMAI）。
将这种液体用作锂离子二次电池的石墨负极粘合剂时，显著提高了快速充放电功能。而将其用作钠离子二次电池的硬碳负极粘合剂时，放电容量是现有PVDF系粘合剂的两倍。
此外，使用该材料构建的电池系统均表现出优异的耐久性，锂离子二次电池在750次循环后仍能保持80%的容量，钠离子二次电池在200次循环后的容量维持率为96%。
松见教授表示：“该材料体系自从由东京农工大学大野教授（原校长）等人发现以来，在世界范围内得到了积极研究。这是一种源自日本的高分子离子液体系。此次我们进一步开发了富有魅力的高性能材料，预计这些材料不仅将在电池领域，也将在其他许多领域得到应用。在电池应用方面，该材料能够显著提升金属离子的扩散能力，有望提高快速充放电性能。同时，其高密度官能团的多点相互作用，提升了对基材的粘附性能，这也是该材料的亮点之一。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Advanced Energy Materials
论文：Densely Imidazolium Functionalized Water Soluble Poly(ionic liquid) Binder for Enhanced Performance of Carbon Anode in Lithium/Sodium-ion Batteries
DOI：10.1002/aenm.202403071
