可用于电池正极和负极的高性能聚合物助力于全有机塑料电池的研究

具有良好性能的全有机电池对于实现未来轻便的柔性电子产品至关重要。该领域现在的主要挑战是缺乏容量高并且循环性能稳定的柔性有机电极材料。全塑料(全聚合物)可充放电池的概念在三十多年前被提出。其中电池的正极和负极材料都是由有电化学活性的导电聚合物(聚乙炔)制成,并且辅以固态的电解液材料。然而,当时制成的全电池具有极其有限的充放电性能和很低的库伦效率。虽然近些年来,有关以全塑料(全聚合物)材料为电极的有机可充放全电池的研究被陆续的报道。但是如何设计和制备柔性的全聚合物电极材料十分的具有挑战性。尤其是具有高比容量,高能量密度和循环稳定的聚合物正极和负极材料。

最近,新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)的张其春教授课题组设计了一种新型的具有电化学活性的聚合物电极材料 (C6O2S2)n (PDB)。得益于其独特的梯状苯醌和硫醚的有机分子构型,所制备的柔性PDB电极既可以用于电池正极也可以用于负极。在他们前期对此聚合物作为负极材料的研究基础上,他们在此又研究了其作为正极材料的可行性。优化后的PDB作为正极材料(3.4-1.5 V)呈现出很高的能量密度(624 Wh kg-1),较高的输出电压 (2.7 V)和极其稳定的循环性能(1000次循环后仍保留有80.5%的容量)。更进一步,他们利用PDB的双功能性质, 创新的制备出了以PDB聚合物为正极和负极的对称全电池。此全电池具有很高的初始比容量(249 mAh g-1)并且在较大电流下经过250次充放电循环后还保留有119 mAh g-1。 该研究为未来制备高性能的全塑料柔性电池提供了一种可靠的电极材料。相关工作“Toward a High-Performance All-Plastic Full Battery with a Single Organic Polymer as Both Cathode and Anode” 已发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201703509)上。

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