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北京工业大学Jingwen, Su新发现:超稳定水性铝电池的协同π-共轭有机阴极

论论资讯 | 2024-02-28 3热度

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Synergistic π-Conjugation Organic Cathode for Ultra-Stable Aqueous Aluminum Batteries

Su Jingwen; Zhang Meng; Tian Hao; Han Mingshan; Sun Zhaopeng; Du Kai; Cui Fangyan; Li Jingzhen; Huang Weiwei; Hu Yuxiang

Published:2024-02-27
DOI:10.1002/smll.202312086

研究背景

随着人们对环境保护和可持续发展的关注日益增加,研究新型的高效、安全、环保的能源储存技术变得越来越重要。水系铝电池是一种有前途的储能技术,因为它具有高安全性和超高的能量价格比。然而,由于高电荷密度的Al<sup>3+</sup>和传统的无机阴极之间的强静电力作用,或者缓慢的大型载体离子扩散,导致循环稳定性较差和低速率容量。这些困难限制了水系铝电池的进一步应用,因此需要寻找新的解决方法。

研究内容

为了解决上述问题,研究人员探索了一系列有前途的有机材料,并优化了一种具有协同C═O和C═N基团的π-共轭结构的有机材料作为新的水系铝电池阴极。这种有机材料具有多重氧化还原中心和丰富的π-π分子间相互作用,通过独特的离子协同储存机制轻松容纳复杂的活性离子,并具有减轻库伦排斥和坚固的晶格结构的优点。经过理论模拟的进一步验证,这种阴极实现了增强的速率性能(2.0A g<sup>-1</sup>下153.9mAh g<sup>-1</sup>)和最佳的长期稳定性(1.0A g<sup>-1</sup>下4,000个循环后125.7mAh g<sup>-1</sup>)。通过分子开发,这项工作为水系多价离子电池系统中高性能阴极材料开辟了新的方向。

研究意义

这项研究的创新点在于优化了一种新型的π-共轭结构有机材料作为水系铝电池阴极,通过独特的离子协同储存机制实现了超稳定的循环性能和高速率容量。这项工作为水系多价离子电池系统中高性能阴极材料的开发提供了新的思路和方向,有望推动水系铝电池技术的发展,同时也为可持续发展做出了贡献。

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