近年來,水系鋅離子電池由于其綠色環保、安全經濟等優點受到科研人員的廣泛關注。然而,水系鋅離子電池仍然面臨一些問題,比如正極材料的溶解和坍塌導致全電池循環性能不佳;二價鋅離子與宿主原子的強靜電吸引作用導致全電池的倍率性能差等。因此,尋找合適的正極材料對發展高性能水系鋅離子電池意義重大。
近期,南開大學陶占良教授團隊針對有機電極材料PTO理論容量大、電壓適宜但溶解度高、導電性差的特點,將芘-4,5,9,10-四酮(PTO)和1,2,4,5-四氨基苯(4NH2Ph)進行聚合得到新型的聚合物PTO-4NH2Ph,并將其作為正極材料應用于水系鋅離子電池中。使用4NH2Ph作為聚合單元可以將PTO單元中的C=O活性位點轉化為C=N活性位點,進一步提升聚合物整體的導電性,同時也能夠抑制PTO單元的溶解。引入苯環作為連接位點拓展了聚合物的共軛平面,極大抑制了容量的損失。另外,C=N活性位點暴露在聚合物分子表面,載流子可以迅速活性位點結合。因此,PTO-4NH2Ph材料也可以提供更快的離子轉移動力學。組裝的Zn//3 M ZnSO4//PTO-4NH2Ph水系鋅離子電池表現出令人滿意的電化學性能。在5 A g-1的電流密度下循環5000圈容量保持率為83%。在100 C (25 A g-1)時放電容量為128.5 mAh g-1。其成果以題為 “Proton-insertion dominated polymer cathode for high-performance aqueous zinc-ion battery” 在國際知名期刊 Chemical Engineering Journal 上發表。
圖1. 合成路徑及結構表征.
圖2. 理論計算.
圖5. 機理表征.
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722048033
- 武大陳朝吉/余樂、武工大諶偉民 AFM:鐵-纖維素羧基配位化學耦合多功能聚合物凝膠電解質助力耐受極端環境水系鋅離子電池 2025-04-16
- 東華大學武培怡/雷周玥團隊 EES :多級逐層旋轉結構凝膠電解質助力高容量、超長壽命、力學魯棒性水系鋅離子電池 2025-03-03
- 江科大晏超教授/張恒博士 AFM:構筑強極性基團終端的水凝膠電解質助力無枝晶鋅負極,實現高安全性水系鋅離子電池 2024-11-20
- 五邑大學劉熙博士等《J. Power Sources》:靜電紡絲策略實現高電壓鋰有機聚合物正極材料的微納米結構調控 2022-07-11
- 吉林大學晁單明教授與賈曉騰教授《Adv. Sci.》:仿生兒茶酚接枝PEDOT陰極用于高電壓和出色倍率性能的全聚合物水系質子電池 2021-12-20
- 天津大學封偉教授:應用硫化/逆硫化法制備高性能含硫聚合物正極材料的研究進展 2018-08-24
- 大連工業大學王海松教授團隊 Small:銅摻雜羥基氧化鈷催化5-羥甲基糠醛高效電化學氧化 2025-06-01