Small Methods:双极性有机聚合物用于高性能对称水系质子电池

水系电池由于其经济环保等优势而备受关注。相比于水系金属载流子,非金属载流子如质子具有诸多优势,例如具有较小的离子半径和较低的质量。此外,质子通过 “Grotthuss” 机理在电解液中传导。因此水系质子电池(APB)通常表现出较好的能量密度和功率密度。然而,目前限制水系质子电池发展的主要因素是电极材料的选择。双极性有机材料,具有p型和n型活性单元,可以同时作为电池正极和负极。使用双极性有机材料具有组装简便,价格较低等优点。目前,使用双极性有机材料应用于水系质子电池的研究还比较少。

南开大学先进能源材料教育部重点实验室陶占良教授近期在国际期刊Small Methods上报道了双极性有机聚合物聚氨基蒽醌(PANQ),并将其应用于对称水系质子电池中。通过将导电共轭胺骨架与蒽醌结合,不仅能够提升蒽醌的导电性能,还能够抑制蒽醌的溶解。作者通过DFT计算和实验证实了PNAQ作为正极和负极时的反应活性位点。当作为负极时,蒽醌中羰基作为n型活性单元可以与氢离子结合。当作为正极时,与氨基相邻的苯环作为p型活性单元实现HSO4的吸附和脱附。因此,由PANQ电极和4 M H2SO4电解液组装的APB表现出了较好的电化学性能。在5C的电流密度下获得了85.3 mAh g-1的放电比容量。在100C的大电流密度下,其容量仍能达到77 mAh g-1。这得益于较高的赝电容特性。另外,由于4 M H2SO4电解液表现出较低的凝固点(-71℃)。该体系也表现出出色的低温性能,在-70℃其放电容量仍有60.4mAh g-1

论文信息:

Bipolar Organic Polymer for High Performance Symmetric Aqueous Proton Battery

Tianjiang Sun, Haihui Du, Shibing Zheng, Jinqiang Shi, Xuming Yuan, Lin Li, Zhanliang Tao*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100367.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202100367