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安徽大學張朝峰教授團隊 AM：用于-20至45℃寬溫域的高性能水系鋁離子電池的電聚合雙極型聚（2,3-二氨基吩嗪）正極

2024-03-06 來源：高分子科技

由于Al³⁺的高電荷密度和強靜電相互作用，在水系鋁離子電池（AAIB）的大多數正極中實現可逆插入/提取是一個重大挑戰。有機材料通過化學鍵的重排促進了多價載流子的存在和離子的快速擴散。然而，有機正極材料的應用仍然面臨著一些挑戰，包括較差的電子電導率、低的電活性和高的溶解性。到目前為止，已經進行了許多努力，通過各種分子結構修飾來有效應對這些挑戰。聚合已被確定為抑制有機正極材料在電解質中溶解度的有效方法。

近日，安徽大學物質科學與信息技術研究院張朝峰教授團隊，通過一步電聚合的方法合成了一種高性能水系鋁離子電池的雙極型聚（2,3-二氨基吩嗪）(PDAP)正極。獲得的正極材料具有n型（C=N）基團和p型（-NH-）部分，從而具有很高的理論容量。其長的共軛骨架增強了PDAP的電子離域作用。此外，PDAP單元之間的強π-π相互作用和氫鍵（N-H…N）可以顯著促進強分子間相互作用，有效抑制有機材料的溶解問題。組裝的水系Al//PDAP電池表現出高容量（338mA h g^-1 at 0.2 A g^-1）、超長的循環壽命（1000次循環）和高倍率性能（101 mA h g^–1 at 5 A g^-1）。即使在惡劣的條件下，水系Al//PDAP電池也表現出優異的電化學性能。在45℃時表現出348 mA h g^-1，在?20℃和下表現出155 mA h g^-1的容量。此外，原位/非原位測試全面分析了正極材料的儲能機制。這項研究為開發寬溫域、高性能的水系鋁離子電池提供了一種簡便的策略。

圖1 合成路徑及材料表征

圖2理論計算模擬及電子電導率測試

圖3 水系Al//PDAP電池電化學性能

圖4 不同電解液的動力學研究

圖5 氧化還原機制研究

圖6 寬溫域下水系Al//PDAP電池的電化學性能

相關工作以“Electropolymerized Bipolar Poly(2,3-diaminophenazine) Cathode for High-Performance Aqueous Al-Ion Batteries with An Extended Temperature Range of ?20 to 45 ℃”為題發表在最新一期的《Advanced Materials》。安徽大學碩士研究生王煒、阿德萊德大學研究員張仕林和安徽大學講師張龍海為論文共同第一作者，通訊作者為安徽大學物質科學與信息技術研究院張朝峰教授。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400642

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（責任編輯：xu）

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