离子液体在能源应用领域面临着哪些问题与挑战?

2024-10-02 12:47:46 sh默尼 2

1、需要广泛考虑可持续性,以进一步发展和整合到离子液体的离子选择中。例如,各种电化学应用需要关注非PFAS阴离子,转向类似物如FSI而不是TFSI,或甲磺酸盐而不是三氟甲磺酸酯。同样,可用阳离子的工具箱需要考虑当今常见实例的合成途径,如咪唑鎓阳离子,并设计出更多可持续的替代品,这些替代品可以从可再生原料中生产。


2、“行业拉动”指向降低成本。 ILA在这方面提供了许多可能性,其中一些选项已经或将来可能具有可持续的来源。例如,尿素虽然目前是一种化石燃料产品,但将来很可能由可再生能源生产,氨气由绿色H2或直接电解生产。C组分可以来自生物质或最终来自直接空气捕获二氧化碳。作为开发新型IL和ILA系统理论基础的一部分,对这些来源和潜在的未来来源进行评估,将确保该领域在可持续性浪潮中保持领先地位。


3、不幸的是,许多对本文讨论的应用最有利的阳离子和阴离子结构需要从不可再生原料中进行能源密集型合成,并且它们通常是疏水的,并含有含F官能团,这会显著阻碍生物降解并增加毒性。虽然规模经济可能会降低最受欢迎的离子液体的成本,但这些有毒物质在环境中的残留环境成本会增加。


4、设计回收或重新利用是改善材料整体寿命可持续性的理想策略。全生命周期分析应包括这些方面,并可能在分析中确定可能的回收过程。尽量减少合成路线的环境足迹,研究回收、再利用或再循环策略,并正确理解离子液体在环境中的命运以及如何通过调整离子结构来减轻这一命运。


5、离子液体在其任务中有巨大的优化和调整空间。机器学习,可能基于人工智能方法,介于DFT和分子动力学模拟等自动化计算包与真实化合物的实验数据之间,可帮助快速缩小有希望的合成目标。


6、离子液体在能源技术中的应用将继续扩大,并随着它们所针对的复杂任务而发展。在不断发展的结构设计方法的帮助下,定制特定任务性质的能力可能会在我们的离子液体历史中引入更多新的和意想不到的内容。


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