后锂技术：高能密度下一代可充电电池

时间：2021-08-19 13:52:12 来源：

用于快速电荷和多价离子电池的高能密度聚合物阴极。

下一代电池可能会通过更丰富和环境良性的碱金属或多价离子来替换锂离子。然而，主要挑战是开发稳定电极，其将具有快速充电和放电速率的高能量密度结合起来。在Journal Angewandte Chemie，美国和中国科学家们报告了由有机聚合物制成的高性能阴极，以用于低成本，环境良性和耐用的钠离子电池。

锂离子电池是用于便携式设备，储能系统和电动汽车的最先进的技术，其开发已被今年诺贝尔奖获得。尽管如此，预计下一代电池将提供更高的能量密度，更好的能力和更便宜，更安全，更环境良性的材料的使用。最具勘探的新电池类型采用与锂电池相同的摇椅充电放电技术，但锂离子被廉价金属离子如钠，镁和铝离子取代。不幸的是，这种替代导致电极材料的重大调整。

有机化合物有利于电极材料，因为对于一个，它们不含有害和昂贵的重金属，并且它们可以适应不同的目的。它们的缺点是它们溶解在液体电解质中，这使得电极固有不稳定。

Chunsheng Wang及其来自美国马里兰州大学的王和他的团队，以及一支国际科学家队已经将有机聚合物引入了电池阴极的高容量，快速充电和不溶性材料。对于钠离子，聚合物在容量输送和保留中的电流优于电流和无机阴极，并且对于多价镁和铝离子，数据没有滞后，根据研究。

作为合适的阴极材料，科学家们鉴定了有机化合物六氮己酰上萘萘萘萘萘萘（HATN），其已经在锂电池和超级电容器中进行了测试，其中它用作快速嵌入锂离子的高能密度阴极。然而，与大多数有机材料一样，帽子溶解在电解质中并在循环期间使阴极不稳定。科学家解释说，诀窍是通过引入近分子之间的联系来稳定材料的结构。它们获得了称为聚合物帽或phatn的有机聚合物，其为钠，铝和镁离子提供快速反应动力学和高容量。

在组装电池之后，科学家使用高浓缩电解质测试了Phatn阴极。它们为非锂离子发现了出色的电化学性能。钠电池可以在高达3.5伏的高电压下操作，即使在50,000个循环之后，也保持每克超过100毫安的时间，并且相应的镁和铝电池接近这些竞争值，报告了作者。

研究人员设想这些聚合物的吡嗪基阴极（吡嗪是帽子所依据的有机物质;它是一种芳香族苯酚状，富含氮的有机物质，含有水果风味的含氮），以便在环境良性，高能量 - 密度，快速和无透明的下一代可充电电池。

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参考：Minglei Mao博士，Chao Luo教授，Travis P. Pollard，Singyuk Hou博士，Singyuk侯博士。高静杨，陶鹏，明张教授，剑民教授，Liumin Suo教授，Oleg Borodin博士和Chunsheng Wang教授，2019年9月30日，Angewandte Chemie.doi：
10.1002 / ANIE.201910916

春盛王博士在马里兰大学，美国马里兰州的马里兰大学化学和生物分子工程系中拥有罗伯特富兰克林和Frances Riggs Wright尊敬的主席。他的集团™的研究兴趣跨越了不易燃水 - 盐，全氟化或固体电解质的开发和改进，以及用于碱离子和多价电池的有机活性材料。

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