含果胶EC-LiTFSI电解质中的离子传输机制

利用全原子分子动力学模拟，我们报道了一类新型固态聚合物电解质的结构与离子传输特性，该类电解质含有可生物降解且机械稳定的生物聚合物果胶。我们模拟了高导电性的碳酸乙烯酯（EC）作为锂三氟甲磺酰亚胺（LiTFSI）盐的溶剂，并含有不同重量百分比的果胶。我们的模拟揭示，由于锂-果胶相互作用强于锂-TFSI相互作用，果胶链降低了抗衡离子周围锂离子的配位数（反之亦然）。此外，与液体和聚合物电解质中通常报道的结果相反，果胶被发现促进较小离子聚集体而非较大聚集体。我们观察到，在EC-LiTFSI电解质中加载果胶增加了粘度（$\eta$）和弛豫时间尺度（$\tau_c$），表明机械稳定性更高，因此均方位移、扩散系数（D）和能斯特-爱因斯坦电导率（$\sigma_{NE}$）均减小。有趣的是，虽然锂扩散率与离子对弛豫时间尺度的关系为 $D_+\sim \tau_c^{-3.1}$，但TFSI$^-$扩散率与离子对弛豫时间尺度表现出极好相关性，为 $D_-\sim \tau_c^{-0.95}$。另一方面，NE电导率由不同的传输机制主导，并随离子对弛豫时间尺度标度为 $\sigma_{NE}\sim \tau_c^{-1.85}$。