液晶态兼具了固态和液态的优点，作为电解质材料可以兼顾安全性、离子传输率、加工性能、电化学稳定性和界面相容性等特点，受到了越来越多的关注和研究。
近日，来自西北工业大学的 苗宗成 教授及其合作者对热致液晶材料作为离子电池电解质的起源、发展及其所具备的结构特点进行了全面的概述，并讨论了液晶体系电解质的应用前景。
该文章以“液晶材料自组装构筑离子传输电解质”为题发表于《液晶与显示》（ESCI、Scopus 收录、中文核心期刊）2022 年第 4 期，并被选为封面文章。
图1：《液晶与显示》2022 年第 4 期封面
1. 起源与发展
液晶材料具有高离子传输率、高热力学稳定性，通过分子设计可实现优异的热力学和电化学稳定性，进而可应用于电解质领域的研发，获得优秀的液晶态电解质。
液晶态电解质可有效解决聚合物分子链刚性而引起的低离子传输率，而且可以通过在液晶分子中引入柔性基团等方法尽量减小液晶态电解质的粘度。
图2：液晶态电解质离子传输示意图（图源：液晶与显示, 2022, 37(4): 437-443.）
2. 结构特点
离子一维传输：液晶材料一维传输通道主要是由热力学稳定的盘装液晶自组装形成的，主要用于光子的传输，这种自组装形成的相分离通道有效提高了光子传输性能。
图3：柱状液晶通过电场排列一维离子传输通道（图源：Advanced Materials, 2009, 21(16): 1591-1594.）
离子二维传输：在二维通道中，离子进入自组装形成的层状结构中而实现有效传输。特别是近晶相液晶更倾向于形成各向同性的单畴，进而能够容易的产生长程离子传输通道。
图4：近晶相液晶材料自组装二维离子传输通道（图源：Nature Reviews Materials, 2017, 2(4): 1-20.）
离子三维传输：双连续立方液晶相构筑的三维离子传输通道，通道之间内部互联，即使某一单通道发生堵塞，其他通道仍然继续进行离子传输，具有广泛的应用。
3. 前景与展望
由于非离子棒状液晶材料通常粘度较低，通过自组装形成二维离子通道由于加工的便利性极适用于电解质，为离子型电池领域的应用打开了新的大门。
同时，基于分子结构预测离子传输通道的性质是目前液晶电解质领域的最大挑战，在液晶材料自组装电解质纳米结构的设计中，分子行为的模拟和建模研究将变得越来越重要，将会是未来重要研究方向之一。
论文信息
苗宗成, 褚雅琴, 朱文庆. 液晶材料自组装构筑离子传输电解质[J]. 液晶与显示, 2022, 37(4): 437-443.
https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0013
通讯作者介绍
苗宗成，西北工业大学光电与智能研究院教授、博导，陕西省海洋光学重点实验室副主任，西安市先进光电子材料与器件重点实验室主任，《液晶与显示》青年编委，《Battery Energy》副主编，陕西省特支计划科技领军人才。分别于 2002 年、2007 年和 2010 年在陕西科技大学获得学士、硕士和博士学位，主要从事液晶显示和光电探测技术方面的研究。作为项目负责人，先后承担军科委基础加强计划课题、国家自然科学基金、省杰出青年基金等项目 20 余项，在《液晶与显示》，Liq. Cryst.，Mol. Cryst. Liq. Cryst.等期刊发表学术论文 100 余篇，申请发明专利 20 余项，相关成果获陕西省科技进步奖 3 次。
E-mail：miaozongcheng@nwpu.edu.cn