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嶺南師范學院陳耀光、中山大學章自壽團隊 CEJ：多功能自由基聚合物粘結劑構筑高功率高能量密度有機/無機雜化電極

2024-01-26 來源：高分子科技

功率和能量密度是高性能電極材料的兩大性能指標。柔性自支撐電極和厚電極是提高電極能量密度的有效手段；而導電粘結劑和自由基聚合物已被證明能顯著提升電極的功率密度。但如何兼顧功率和能量密度是電極技術面臨的重要挑戰(zhàn)。

圖1 柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極的構筑、PETM的儲能機理及其對LFP充電過程的協(xié)同機制

近期，嶺南師范學院陳耀光博士和中山大學章自壽副教授團隊提出以自由基聚合物PETM為多功能粘結劑，磷酸鐵鋰LFP為儲能活性成分和碳納米管SWNT為導電骨架，通過溶液成膜法構筑柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極，實現(xiàn)了快速充放電性能（20 C下的2000次長循環(huán)）；同時通過構筑柔性自支撐厚電極，實現(xiàn)了高達202 mA h cm^-3的能量密度。該研究充分利用自由基聚合物PETM側(cè)鏈上多種官能團而賦予的多功能特性。大量羧基對LFP有強的粘結力，-CH2-與SWNT存在大量CH-π相互作用，而TEMPO自由基具有儲能特性且對LFP的充電過程具有協(xié)同作用。因而基于PETM的PETM/LFP/SWNT電極表現(xiàn)出良好柔性、機械強度和優(yōu)異的電化學性能，實現(xiàn)了高功率和高能量密度。該工作系統(tǒng)研究PETM/LFP/SWNT電極的構效關系并深刻揭示了PETM的多功能特性，拓展了自由基聚合物的應用領域。該工作以“Multifunctional radical polymers-enabled rapid charge/discharge and high capacity for flexible self-standing LiFePO₄/PETM/SWNT hybrid electrodes”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》（Chem Eng J, 2024, 149008）。該研究得到嶺南師范學院和國家自然科學基金委的支持。

圖2 PETM/LFP/SWNT電極的結構表征

圖3 PETM/LFP/SWNT電極的電化學性能

圖4 PETM/LFP/SWNT在軟包電池的應用

該工作是團隊近期關于自由基聚合物PETM的最新研究進展。自由基聚合物是一類具有自由基側(cè)鏈的聚合物，具有充放電速度快、氧化還原電位高和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是一種有希望的有機活性材料。在過去，該團隊已經(jīng)系統(tǒng)研究了PETM的設計合成（Macromol. Rapid Comm., 2018, 39, 1800195）及其二元柔性自支撐復合電極PETM/SWNT的構筑與構效關系（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 13286-13297）。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724004935

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（責任編輯：xu）

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