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安徽大學(xué)張朝峰教授團(tuán)隊(duì) AM：用于-20至45℃寬溫域的高性能水系鋁離子電池的電聚合雙極型聚（2,3-二氨基吩嗪）正極
2024-03-06  來(lái)源：高分子科技

  由于Al3+的高電荷密度和強(qiáng)靜電相互作用，在水系鋁離子電池（AAIB）的大多數(shù)正極中實(shí)現(xiàn)可逆插入/提取是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。有機(jī)材料通過(guò)化學(xué)鍵的重排促進(jìn)了多價(jià)載流子的存在和離子的快速擴(kuò)散。然而，有機(jī)正極材料的應(yīng)用仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，包括較差的電子電導(dǎo)率、低的電活性和高的溶解性。到目前為止，已經(jīng)進(jìn)行了許多努力，通過(guò)各種分子結(jié)構(gòu)修飾來(lái)有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。聚合已被確定為抑制有機(jī)正極材料在電解質(zhì)中溶解度的有效方法。


  近日，安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院張朝峰教授團(tuán)隊(duì)，通過(guò)一步電聚合的方法合成了一種高性能水系鋁離子電池的雙極型聚（2,3-二氨基吩嗪）(PDAP)正極。獲得的正極材料具有n型（C=N）基團(tuán)和p型（-NH-）部分，從而具有很高的理論容量。其長(zhǎng)的共軛骨架增強(qiáng)了PDAP的電子離域作用。此外，PDAP單元之間的強(qiáng)π-π相互作用和氫鍵（N-H…N）可以顯著促進(jìn)強(qiáng)分子間相互作用，有效抑制有機(jī)材料的溶解問(wèn)題。組裝的水系A(chǔ)l//PDAP電池表現(xiàn)出高容量（338mA h g-1 at 0.2 A g-1）、超長(zhǎng)的循環(huán)壽命（1000次循環(huán)）和高倍率性能（101 mA h g–1 at 5 A g-1）。即使在惡劣的條件下，水系A(chǔ)l//PDAP電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在45℃時(shí)表現(xiàn)出348 mA h g-1，在?20℃和下表現(xiàn)出155 mA h g-1的容量。此外，原位/非原位測(cè)試全面分析了正極材料的儲(chǔ)能機(jī)制。這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)寬溫域、高性能的水系鋁離子電池提供了一種簡(jiǎn)便的策略。

圖1 合成路徑及材料表征

圖2理論計(jì)算模擬及電子電導(dǎo)率測(cè)試

圖3 水系A(chǔ)l//PDAP電池電化學(xué)性能

圖4 不同電解液的動(dòng)力學(xué)研究

圖5 氧化還原機(jī)制研究

圖6 寬溫域下水系A(chǔ)l//PDAP電池的電化學(xué)性能


  相關(guān)工作以“Electropolymerized Bipolar Poly(2,3-diaminophenazine) Cathode for High-Performance Aqueous Al-Ion Batteries with An Extended Temperature Range of ?20 to 45 ℃”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Materials》。安徽大學(xué)碩士研究生王煒、阿德萊德大學(xué)研究員張仕林和安徽大學(xué)講師張龍海為論文共同第一作者，通訊作者為安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院張朝峰教授。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400642

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