阴阳双离子储能型自支撑有机电极在锂离子电池中的应用

来源：X一MOL资讯

原标题：Batt. & Supercaps：阴阳双离子储能型自支撑有机电极在锂离子电池中的应用

随着社会对绿色、可持续发展储能技术的不断重视，锂离子电池的研发和改进一直是世界各国的研究重点。有机电极材料由于其丰富的氧化还原位点和可供设计的灵活性，是具有潜力的下一代电极材料。而共轭导电聚合物作为有机电极材料中的一种，通过合理的分子设计和离子掺杂可获得较高比容量、高可逆性和高导电性的电化学性能。

近日，南京航空航天大学、江苏省高效电化学储能技术重点实验室的张校刚教授及其团队通过直接电聚合和掺杂的方法成功制备了具有阴阳双离子储能性质的自支撑有机正极，用于锂离子电池中。含TEMPO氮氧自由基侧基的聚噻吩成功在碳纳米管纸上电聚合，并利用可控的电化学掺杂法将具有氧化还原活性的Fe(CN)63-离子引入到聚合物框架中。

研究人员首先通过酯化反应将氧化型的TEMPO氮氧自由基连接在噻吩单体 (Th-TEMPO) 上，然后将Th-TEMPO单体溶解在三氟化硼乙醚溶液中，通过循环伏安法直接将其聚合在事先处理过的碳纳米管纸上，制得自支撑P(Th-TEMPO)电极。研究人员进而通过恒电位的方法可控地将具有还原型的Fe(CN)63-离子成功掺杂入P(Th-TEMPO)共轭聚合物链中。所得到的有机-无机复合物电极，因同时存在氧化型和还原型反应位点，具备双离子先后存储机制，极大地提升了其电化学性能：放电比容量从原来的76 mAh g-1增加到135 mAh g-1，库伦效率从80 %提高到将近100 %，能量密度从原来的258 Wh kg-1 增加到466.7 Wh kg-1。另外，此项工作中提出的双离子继承性存储机制，通过原位红外光谱测试和电化学石英晶体微天平等手段得以有效论证。这种简单的电聚合制备电极方法，和可控的掺杂改性手段，为有机-无机复合电极材料提供了一种有效的策略，这同时也为构建多电子氧化还原的储能体系提供了新的思路。