為了緩解氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和以及可持續(xù)發(fā)展，科學(xué)家們一直致力于開(kāi)發(fā)低成本，可持續(xù)性和對(duì)環(huán)境友好的二次電池。在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，價(jià)格昂貴且有毒的過(guò)渡金屬如鈷等被大量使用，因而不能實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。近日，有機(jī)鈉離子和鉀離子電池因其使用廉價(jià)，儲(chǔ)量豐富，可再生和可生物合成的有機(jī)鈉和鉀基材料而引起了廣泛的研究興趣。然而，有機(jī)材料易溶解于有機(jī)電解液中，并且導(dǎo)電性差，從而降低了其在二次電池中的電化學(xué)性能。研發(fā)不溶解且具有高電導(dǎo)性的有機(jī)電極對(duì)實(shí)現(xiàn)廉價(jià)和環(huán)保的二次電池極為重要。
近期，美國(guó)喬治梅森大學(xué)的駱超教授及其團(tuán)隊(duì)合成了三種含有羰基和偶氮基團(tuán)的新型有機(jī)聚合物，并將其應(yīng)用于鈉離子和鉀離子電池中。作者希望通過(guò)合成大分子量的聚合物來(lái)降低有機(jī)材料的溶解性，并且在聚合物的同一個(gè)重復(fù)單元中引入多種活性基團(tuán)來(lái)實(shí)現(xiàn)具有高循環(huán)穩(wěn)定性及高容量的有機(jī)鈉離子和鉀離子電池。這三種聚合物具有相同的偶氮化合物單體和不同的羰基化合物單體。通過(guò)對(duì)比其電化學(xué)性能的差異，作者研究了不同單體結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響。為了進(jìn)一步提高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，具有高導(dǎo)電性和大比表面積的氮參雜石墨烯被應(yīng)用于有機(jī)電極中。 研究結(jié)果表明，含有較大平面共軛結(jié)構(gòu)的聚合物表現(xiàn)出更高的反應(yīng)電位和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。其中，含有1,4,5,8-萘四甲酸酐和偶氮苯單體的聚合物在鈉離子和鉀離子電池中的反應(yīng)平均電位在2V左右，并可以可逆的存儲(chǔ)和釋放超過(guò)200毫安時(shí)每克的比容量。在鈉離子和鉀離子電池中，該聚合物分別實(shí)現(xiàn)了1200和200個(gè)周期的穩(wěn)定循環(huán)。其優(yōu)異的電化學(xué)性能證明了有機(jī)聚合物材料在鈉離子和鉀離子電池中的應(yīng)用潛力。有機(jī)聚合物的電化學(xué)性能可以通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)大其平面共軛結(jié)構(gòu)和引入更多的反應(yīng)基團(tuán)來(lái)得以提高。該工作強(qiáng)調(diào)了有機(jī)共軛結(jié)構(gòu)和多種反應(yīng)基團(tuán)對(duì)有機(jī)電池電化學(xué)性能的重要性。 論文信息 Multi-Functionalized Polymers as Organic Cathodes for Sustainable Sodium/Potassium-Ion Batteries Motahareh Mohammadiroudbari, Dr. Kaiqiang Qin, Prof. Chao Luo Batteries＆Supercaps DOI: 10.1002/batt.202200021
