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中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所黃曉宇研究員/李永軍副研究員 Angew:聚乙烯基二甲基吩嗪p型有機(jī)電極材料
2023-04-16  來(lái)源:高分子科技

  有機(jī)電極材料由于其結(jié)構(gòu)多樣性和電化學(xué)性能可調(diào)的特點(diǎn),近年來(lái)受到廣泛關(guān)注,有望在新一代電池技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。


  根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理可以將有機(jī)電極材料分為n型,p型和雙極型。盡管n型電極材料已經(jīng)被應(yīng)用于各種金屬離子電池,但其電壓較低,循環(huán)性能較差。與之相反,p型電極材料能提供更高的電壓平臺(tái)和能量密度,但是目前大多數(shù)p型材料的比容量較低。因此,設(shè)計(jì)合成高容量的p型材料對(duì)于高性能有機(jī)電極材料的發(fā)展具有重要意義。


  近日,中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所黃曉宇研究員和李永軍副研究員報(bào)道了一種含有二甲基吩嗪(DMP)的p型有機(jī)電極材料:聚乙烯基二甲基吩嗪(PVDMP)。這種聚合物可以發(fā)生兩電子氧化還原反應(yīng),電壓平臺(tái)高(3.0/3.6 V vs Li/Li+),理論比容量高達(dá)227 mAh g-1,并且在電解液中的溶解性極低。 



  充放電過(guò)程中,PVDMP的側(cè)基可發(fā)生兩個(gè)連續(xù)的氧化還原反應(yīng),同時(shí)伴隨著陰離子的嵌入與脫出以保持電中性,從而實(shí)現(xiàn)電荷的儲(chǔ)存。因此,陰離子的選擇對(duì)PVDMP的電荷存儲(chǔ)能力有重要的影響。作者通過(guò)電化學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)PVDMP的氧化還原反應(yīng)對(duì)陰離子具有選擇性,并利用耗散型電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM-D)技術(shù)揭示了PVDMP在氧化還原反應(yīng)中的陰離子摻雜機(jī)制。 



  以PVDMP為正極的有機(jī)鋰離子電池在優(yōu)化的電解液體系中具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)接近4000次仍能保持穩(wěn)定的容量。 



  該成果以“Anion-dependent redox chemistry of p-type poly(vinyldimethylphenazine) cathode materials”為題在線(xiàn)發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.。上海有機(jī)化學(xué)研究所黃曉宇研究員和李永軍副研究員為論文的通訊作者,上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)所和上?萍即髮W(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士段安為論文第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和上海市科委的支持。


  該工作是團(tuán)隊(duì)關(guān)于有機(jī)電極材料研究的最新進(jìn)展。過(guò)去的工作中,黃曉宇研究員和李永軍副研究員圍繞高性能有機(jī)電極材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)展了系列研究(J. Mater. Chem. A 2022, 10, 10026?10032. J. Power Sources 2021, 483, 229136. J. Power Sources 2021, 511, 230363. ChemSusChem 2021, 14, 3858?3866. Chem. Rec. 2020, 20, 1198?1219. Nanoscale, 2019, 11, 5330–5335.),為新型有機(jī)電極材料的發(fā)展提供了新思路。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302754

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