稳定、快速、高容量的纳米共轭梯形聚合物负极材料

Untitled1能源与环境的危机促进了环保与可再生能源的生产与存储的发展。过去的20年中,锂离子电池作为一种关键的储能系统,因为在可移动电子设备和电动汽车中的广泛应用而获得了极大的发展。但是近年来高性能,环境友好的锂离子电池的发展遇到了瓶颈。传统的锂电极材料潜力已经挖掘殆尽,大规模过渡金属的使用也造成了越来越严重的环境与资源的压力。因此研究人员一直试图找到一种高性能,绿色,可持续发展的传统电极的替代材料。其中有机电极材料因为其可再生,结构可设计,易加工和潜在的低成本而备受关注。但是受限于有机材料的天然属性,设计一种高容量,高循环寿命和高功率性能的有机电极材料还面临着很大的挑战。

最近,新加坡南洋理工大学材料科学与工程系的Prof. Zhang Qichun、Prof. Yan Qingyu及他们的课题组制备了共轭梯形聚合物聚(苯并二咪唑并苯并邻二氮杂菲)(BBL)的纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料,这种材料表现出极高的容量,循环寿命和高功率充放电性能。相关结果发表在Advanced Energy Materials上

他们使用重结晶法制备了共轭梯形聚合物BBL的纳米颗粒。并使用这些纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料。BBL结构中富含的氧、氮杂原子极大的改变了共轭聚合物中共轭结构从而使得每一个C6环可以6个Li离子形成Li6/C6结构。与传统聚合物负极材料的Li/C6结构相比,BBL存储容量大大提高,理论容量可达1926 mAh g-1。同时梯形聚合物所特有的双共价键连接方式使得其有着很高的化学和热稳定性。在50oC测试温度下的电池测试结果显示:在0.05C的充放电倍率下,容量达到1787 mAh g-1;在6C的充放电倍率下,其容量可达到317 mAh g-1;在3C的充放电倍率下,1000次充放电循环后,容量认可保持在496 mAh g-1。这些结果表明富含氧,氮杂原子的共轭梯形聚合物在锂离子电池方面有着进一步应用的可能性。