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嶺南師范學(xué)院陳耀光、中山大學(xué)章自壽團(tuán)隊(duì) CEJ:多功能自由基聚合物粘結(jié)劑構(gòu)筑高功率高能量密度有機(jī)/無機(jī)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(biāo)。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(dǎo)電粘結(jié)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(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。


1 柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極的構(gòu)筑、PETM的儲(chǔ)能機(jī)理及其對(duì)LFP充電過程的協(xié)同機(jī)制


  近期,嶺南師范學(xué)院陳耀光博士和中山大學(xué)章自壽副教授團(tuán)隊(duì)提出以自由基聚合物PETM為多功能粘結(jié)劑,磷酸鐵鋰LFP為儲(chǔ)能活性成分和碳納米管SWNT為導(dǎo)電骨架,通過溶液成膜法構(gòu)筑柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極,實(shí)現(xiàn)了快速充放電性能20 C下的2000長循環(huán));同時(shí)通過構(gòu)筑柔性自支撐厚電極,實(shí)現(xiàn)了高達(dá)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(tuán)而賦予的多功能特性。大量羧基對(duì)LFP有強(qiáng)的粘結(jié)力,-CH2-SWNT存在大量CH-π相互作用,而TEMPO自由基具有儲(chǔ)能特性且對(duì)LFP的充電過程具有協(xié)同作用。因而基于PETMPETM/LFP/SWNT電極表現(xiàn)出良好柔性、機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的電化學(xué)性能,實(shí)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(gòu)效關(guān)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(yīng)用領(lǐng)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(xué)院和國家自然科學(xué)基金委的支持。 


2 PETM/LFP/SWNT電極的結(jié)構(gòu)表征 


3 PETM/LFP/SWNT電極的電化學(xué)性能
 

圖4 PETM/LFP/SWNT在軟包電池的應(yīng)用

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自由基聚合物PETM的最新研究進(jìn)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(shì),是一種有希望的有機(jī)活性材料。在過去,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)系統(tǒng)研究了PETM的設(shè)計(jì)合成Macromol. Rapid Comm.2018, 39, 1800195及其二元柔性自支撐復(fù)合電極PETM/SWNT的構(gòu)筑與構(gòu)效關(guān)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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