美國和中國科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)鈉離子電池用有機(jī)聚合物電極

下一代電池可能會采用更豐富、更環(huán)保的堿金屬或多價離子，取代鋰離子。兼具快速充放電性能的高能量密度電池主要的挑戰(zhàn)是開發(fā)出穩(wěn)定的電極。美國和中國科學(xué)家在《Angewandte Chemie》雜志中報道了一種由有機(jī)聚合物制成的高性能電極，可用于制造低成本、環(huán)境友好且長壽命鈉離子電池。有機(jī)化合物作為電極材料有利的方面是因為它們不含有害且昂貴的重金屬，而且可以適應(yīng)不同的用途。不利的方面是會溶解在液體電解質(zhì)中，從而造成電極不穩(wěn)定。美國馬里蘭州大學(xué)王春生團(tuán)隊和一個國際團(tuán)隊將一種有機(jī)聚合物用于制備高容量、快速充電并且不溶解的正極材料。研究結(jié)果表明，對于鈉離子電池而言，這種聚合物在容量和耐久性方面優(yōu)于目前使用的聚合物或無機(jī)電極，對多價鎂和鋁離子電池而言差距不大。經(jīng)過在鋰電池和超級電容器上測試，作為一種適宜的電極材料，科學(xué)家們認(rèn)定有機(jī)化合物六氮雜萘(HATN)具備制備高能密度電極的能力，能迅速嵌入鋰離子中。然而，與大多數(shù)有機(jī)材料一樣，HATN也會溶解在電解質(zhì)中，在循環(huán)過程電極變得不穩(wěn)定?，F(xiàn)在的方法是將單個分子鏈接在一起，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。他們獲得了一種叫做聚合HATN或PHATN的聚合物，使鈉、鋁和鎂離子電池的反應(yīng)更快、容量更高。電池組裝后，科學(xué)家們使用高濃度電解質(zhì)對PHATN電極進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)非鋰離子具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。作者稱，鈉電池可以在3.5 V的高壓下工作，即使在5萬次循環(huán)后仍能保持100 mA/g以上的容量，相應(yīng)的鎂和鋁電池緊隨其后，極具競爭力。研究人員預(yù)期這種聚合吡嗪電極(基于HATN的有機(jī)吡嗪是一種芳香烴類具有果味的富氮有機(jī)物)可用于環(huán)境友好、高能量密度、快速和超穩(wěn)定的下一代可充電電池。