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陈永胜团队AM: 超过15000次的超长循环!​石墨烯双极性聚合物材料作为高性能电极材料

阿吉 电池未来 2023-03-13
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有机电极材料由于其可调整的结构、丰富的资源和环境友好性等,对未来的储能系统很有帮助。许多采用有机电极的先进锂离子电池(LIBs)已被开发出来,并显示出优异的性能。然而,开发具有整体优越性能的有机材料仍然面临着巨大的挑战,如容量低、稳定性差、导电性差和活性点利用率低。
在此,南开大学陈永胜教授团队首次通过二茂铁-1,1'-二甲醛(Fc)和1,4-二氨基苯(DAB)单体之间的缩合,设计并合成了一种新的双极性聚合物(Fc-DAB),并进一步与三维石墨烯(3DG)进行原位聚合,提供了一种具有多种优点的混合材料(Fc-DAB@3DG)。
其中,Fc-DAB具有稳定的聚合物骨架和多个氧化还原活性位点,可以同时提高稳定性和容量。嵌入的高导电性3DG网络使Fc-DAB@3DG具有稳定的导电框架、大的表面积和多孔的形态,因此可以实现离子/电子的快速扩散,导致活性位点的高利用率和增强的电化学性能。
图1. 氧化还原机制
研究表明,由Fc-DAB@3DG正极制造的锂离子电池具有高容量、超长的循环寿命和显著的速率性能。准固态金属锂电池和由Fc-DAB@3DG正极制成的全电池也表现出优异的电化学性能。
具体而言,Fc-DAB@3DG正极在25 mA g-1时的容量为260 mAh g-1,在2,000 mA g-1时的超长循环寿命超过15,000次,每个循环的保持率为99.999%,并具有显著的速率性能。使用这种材料制造的准固态金属锂电池和全电池也表现出卓越的电化学性能。
图2. 准固态金属锂电池和基于Fc-DAB@3DG正极的全电池的电化学性能
An in-situ Fabricated Graphene/bi-polar Polymer Hybrid Material Delivers Ultra-long Cycle Life over 15,000 cycles as a High-performance Electrode Material, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202211152
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