Organic salts utilising the hexamethylguanidinium cation: the influence of the anion on the structural, physical and thermal properties

文献情報

出版日 2019-05-29
DOI 10.1039/C9CP01740B
インパクトファクター 3.676
著者

Ruhamah Yunis, Anthony F. Hollenkamp, Craig Forsyth, Cara M. Doherty, Danah Al-Masri, Jennifer M. Pringle


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要旨

The synthesis and characterisation of new solid-state electrolytes is a key step in advancing the development of safer and more reliable electrochemical energy storage technologies. Organic ionic plastic crystals (OIPCs) are an increasingly promising class of material for application in devices such as lithium or sodium metal batteries as they can support high ionic conductivity, with good electrochemical and thermal stability. However, the choice of OIPC-forming ions is still relatively limited. Furthermore, understanding of the influence of different cations and anions on the thermal, structural and transport properties of these materials is still in its infancy. Here we report the synthesis and in-depth characterisation of a range of new OIPCs utilising the hexamethylguanidinium cation ([HMG]) with five different anions. The thermal, structural, transport properties and free volume in the different salts have been investigated. The free volume within the salts has been investigated by positron annihilation lifetime spectroscopy, and the single crystal and powder X-ray diffraction analysis of [HMG] bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([TFSI]) in phase I and II, [HMG] hexafluorophosphate ([PF6]) and [HMG] tetrafluoroborate ([HMG][BF4]) are reported. The HMG cation can exhibit significant disorder, which is advantageous for plasticity and future use of these materials as high ionic conductivity matrices. The bis(fluorosulfonyl)imide salt, [HMG][FSI], is identified as particularly promising for use as an electrolyte, with good electrochemical stability and soft mechanical properties. The findings introduce a range of new materials to the solid-state electrolyte arena, while the insights into the physico-chemical relationships in these materials will be of importance for the future development and understanding of other ionic electrolytes.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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