【电池】SmartMat：含双氧化还原中心的共价有机框架作为锂离子电池的高效阳极

研究论文

文章信息

Yifan Tong, Zhao Peng Sun, Jiawei Wang,WeiweiHuang*,Qichun Zhang*. Covalent organic framework containing dual redox centers as an efficient anode in Li‐ion batteries. SmartMat.2022;4,156-162. 

https://doi.org/10.1002/smm2.1115

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文章简介

锂离子电池在便携式电子设备、动力汽车、航天航空等领域得到了广泛的应用。商业化的锂离子电池主要由不可再生的过渡金属氧化物等无机材料作为电极材料，其成本高、回收技术复杂。开发绿色、可循环再生的电极材料成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由碳、氢、氧、氮等轻质元素组成，可直接从自然界提取或者通过分子设计合成，具有环境友好、易回收且储能性能可调节等特点，在绿色、可持续电化学储能领域具有广阔的应用前景。然而，有机电极材料在电解液中的高溶解性以及其本身固有的低电子导电率限制了有机电池的发展。开发高效稳定的有机聚合物分子并提高电子电导率成为当下有机二次电池研究的关键。近日，燕山大学黄苇苇教授和香港城市大学张其春教授团队报道了三种具有相同结构单元和不同聚合度的双活性位点（C=N、N=N）有机材料（BA、PA和TA-COF）作为负极应用于可充电锂离子电池（图1），以此研究分子结构和有机材料储锂性能之间影响。

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图文导读

图1. BA、PA和TA-COF的合成路线。


图2. （A）电流密度为0.1 A/g 时BA、PA和TA-COF的循环性能。（B）BA、PA和TA-COF电极的初始阻抗。（C）TA-COF的倍率性能。（D）TA-COF在5 A/g的电流密度下循环2000次后的循环性能。


图3. （A） TA-COF电极在不同充放电状态下的非原位FTIR光谱。（B） N 1s在不同状态下的XPS光谱。（C） TA-COF的锂化过程。（D） 锂离子的嵌入/脱出过程中TA-COF的结构演变。

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作者简介

佟一凡，目前在燕山大学黄苇苇教授的指导下攻读博士研究生。研究方向主要集中在锂/钠/锌电池的有机材料的设计和制备。

黄苇苇，现任燕山大学教授，博士生导师。2011年7月博士毕业于南开大学物理化学专业，同年进入陈军院士课题组进行博士后研究。2013年7月出站，进入燕山大学环境与化学工程学院，2019年在南洋理工大学访学。主要从事金属离子二次电池有机电极材料的研究。

张其春，现任香港城市大学材料科学与工程学院终身教授。2009年1月至2014年2月在新加坡南洋理工大学担任助理教授，于2014年3月至2020年8月担任副教授。主要从事共轭富碳材料及其应用的研究。

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