用于新一代电池的一种有吸引力的廉价有机材料

应用能源材料第4卷第5期

ACS应用能源材料第4卷第5期封面。信用:ACS应用能源材料

Skoltech的科学家和他们的同事在一份新报告中描述了一种用于新一代能量存储设备的有机材料,这种材料的结构遵循优雅的分子设计原则。它最近出版于ACS应用能源材料还上了杂志封面。

随着现代社会对储能设备的依赖程度越来越高,实现对环境友好、易于处理、仅依赖丰富元素、价格低廉的可持续电池技术变得越来越重要。有机电池是这种用途的理想选择。然而,有机正极材料每质量单位可以存储大量的能量,可以快速充电,耐用,同时可以容易地大规模生产,仍然是不发达的。

为了解决这个问题,Skoltech的研究人员提出了一种简单的氧化还原活性聚酰亚胺。它是通过加热芳香二酐和-苯二胺,这两种试剂都很容易获得。这种材料在各种类型的能量存储设备中显示出了很有前途的特性,比如锂基、钠基和钾基电池。它具有较高的比容量(可达~140 mAh/g),相对较高的氧化还原电位,以及良好的循环稳定性(可达1000次循环)和快速充电能力(<1分钟)。

这种新材料的能量和功率输出优于之前已知的同分异构体帕拉苯二胺。在俄罗斯科学院化学物理研究所的帮助下,研究表明新型聚酰亚胺具有更好的性能有两个原因。首先,它具有更小的粒子和更高的比表面积,使载流子更容易扩散。其次,聚合物中相邻亚胺基元的空间排列使得金属离子的结合更加积极,从而提高了氧化还原电位。

“这项工作很有趣,不仅仅是因为研究了另一种有机正极材料,”罗曼·卡帕耶夫(Roman Kapaev)说,他是一名设计这项研究的Skoltech博士生,“我们提出了一种新的电池聚酰亚胺分子设计原理,即在电池中使用含有氨基的芳香分子位置作为构建模块。长期以来,科学家对这一结构母题关注较少,并加以应用帕拉-苯二胺或类似的结构。我们的研究结果为理解电池聚酰亚胺应该如何在分子水平上设计提供了很好的提示,这可能会导致阴极材料具有更好的特性。”

参考:“-苯二胺作为聚酰亚胺电池正极材料的构建块”Roman R. Kapaev, Alexey G. Scherbakov, Alexander F. Shestakov, Keith J. Stevenson和Pavel a . Troshin, 2021年3月3日,ACS应用能源材料
DOI: 10.1021 / acsaem.1c00092

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