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Angew. Chem. :可自适应重构的聚噻吩正极用于超长寿命(100,000次循环)的铝离子电池2023-02-14
铝离子电池具有成本低,理论容量高,安全性高等优点。众多铝电池正极中,有机正极材料因其环境友好、低成本、高比能、高电压平台等优势,近年来受到研究者的广泛关注。然而,在AlCl4离子嵌入到有机材料的过程中,AlCl4之间存在较大静电排斥力阻碍更多AlCl4的嵌入,限制了正极的容量。此外,静电排斥力也使得正极分子在充放电过程中容易发生形变进而影响电极结构稳定性。这一系列问题都导致有机正极材料无法充分发挥其性能。

为了解决上述问题,湖南大学吴英鹏教授与苏州大学李彦光教授构建了一种具有自适应重构能力的聚噻吩正极(PT),与传统电极在充放电过程中形貌和结构发生变化造成电极崩塌/变性不同,此类聚噻吩正极在电池循环过程中可自发的调整分子聚合方式,使充电时嵌入AlCl4之间的静电排斥力减小,进而提高电极的传输动力学并抑制结构形变。最终表现出良好的电化学性能,尤其是超长的循环寿命(100,000次循环)。

 

 

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该聚噻吩电极材料初始的聚合方式为α-PT,AlCl4的嵌入导致α-PT分子链中Cα-Cα键强度变低最终断裂,随后α-PT会自发的转变为键强度更高, 结构更稳定的β-PT。

与α-PT相比,AlCl4在嵌入到β-PT过程中的静电排斥力更小,这使得β-PT能储存更多的AlCl4离子,同时AlCl4离子在电极中传输速度更快。此外,AlCl4之间较小的静电排斥力和较小的空间位阻可以有效缓解β-PT的结构形变,从而使β-PT获得优秀的结构稳定性。

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自适应重构过程使聚噻吩正极的传输动力学和结构稳定性不断改善。基于此,我们的β-PT能在2 A g-1下提供190 mAh g-1的高比容量,并在10 A g-1下能稳定循环超过100,000次。

综上,该工作提出一种电极的自适应重构策略来改善铝离子电池有机正极的电化学性能,同时为制备其他电化学储能体系高性能电极提供了新的思路和途径。

文信息

Self-Adaptive Re-Organization Enables Polythiophene as an Extraordinary Cathode Material for Aluminum-Ion Batteries with a Cycle Life of 100,000 Cycles

Junfei Zhang, Yunling Wu, Miao Liu, Lu Huang, Yanguang Li, Yingpeng Wu

文章第一作者为湖南大学硕士研究生张军飞,通讯作者为湖南大学吴英鹏教授与苏州大学李彦光教授。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215408

 

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