Макроскопический подход к изучению структуры концентрированных водных растворов LiTFSI

Аңдатпа

В данной работе систематически исследованы физико-химические свойства водных растворов LiTFSI в широком диапазоне концентраций. Были измерены плотность, вязкость, электропроводность и активность воды растворов, что позволило установить количественные соотношения между макроскопическими параметрами и структурными характеристиками электролита. Анализ электропроводности с учетом поправок на вязкость показал практически полную ионную ассоциацию при высоких концентрациях (выше 10 моль/кг), при этом активность воды достигала исключительно низких значений (~0,15) при максимальной растворимости. Исследование выявило нелинейные изменения плотности с увеличением концентрации, что указывает на существенную структурную реорганизацию в концентрированных растворах. Числа гидратации, рассчитанные с использованием нового термодинамического подхода, сочетающего данные по активности воды и электропроводности, показали неожиданное сольватационное поведение: LiTFSI демонстрировал более высокие числа гидратации, чем традиционные соли лития в разбавленных растворах, несмотря на более низкую плотность заряда TFSI⁻, что объясняется пространственным захватом молекул воды его объемной структурой. Эта закономерность менялась на противоположную при более высоких концентрациях из-за усиления ионной ассоциации и эффектов экранирования заряда. Рассчитанные параметры хорошо согласуются с результатами молекулярно-динамического моделирования, что подтверждает правильность нашего макроскопического подхода. Исследование показало, что стандартные физико-химические измерения могут точно определять структурные параметры электролита, что дает практические преимущества для оптимизации составов электролитов, особенно в системах, содержащих полимерные добавки и сорастворители, где молекулярно-динамическое моделирование сталкивается со значительными трудностями.