安徽大学张朝峰教授团队 AM：用于-20至45℃宽温域的高性能水系铝离子电池的电聚合双极型聚（2,3-二氨基吩嗪）正极

2024-03-06 来源：高分子科技

由于Al³⁺的高电荷密度和强静电相互作用，在水系铝离子电池（AAIB）的大多数正极中实现可逆插入/提取是一个重大挑战。有机材料通过化学键的重排促进了多价载流子的存在和离子的快速扩散。然而，有机正极材料的应用仍然面临着一些挑战，包括较差的电子电导率、低的电活性和高的溶解性。到目前为止，已经进行了许多努力，通过各种分子结构修饰来有效应对这些挑战。聚合已被确定为抑制有机正极材料在电解质中溶解度的有效方法。

近日，安徽大学物质科学与信息技术研究院张朝峰教授团队，通过一步电聚合的方法合成了一种高性能水系铝离子电池的双极型聚（2,3-二氨基吩嗪）(PDAP)正极。获得的正极材料具有n型（C=N）基团和p型（-NH-）部分，从而具有很高的理论容量。其长的共轭骨架增强了PDAP的电子离域作用。此外，PDAP单元之间的强π-π相互作用和氢键（N-H…N）可以显著促进强分子间相互作用，有效抑制有机材料的溶解问题。组装的水系Al//PDAP电池表现出高容量（338mA h g^-1 at 0.2 A g^-1）、超长的循环寿命（1000次循环）和高倍率性能（101 mA h g^–1 at 5 A g^-1）。即使在恶劣的条件下，水系Al//PDAP电池也表现出优异的电化学性能。在45℃时表现出348 mA h g^-1，在?20℃和下表现出155 mA h g^-1的容量。此外，原位/非原位测试全面分析了正极材料的储能机制。这项研究为开发宽温域、高性能的水系铝离子电池提供了一种简便的策略。

图1 合成路径及材料表征

图2理论计算模拟及电子电导率测试

图3 水系Al//PDAP电池电化学性能

图4 不同电解液的动力学研究

图5 氧化还原机制研究

图6 宽温域下水系Al//PDAP电池的电化学性能

相关工作以“Electropolymerized Bipolar Poly(2,3-diaminophenazine) Cathode for High-Performance Aqueous Al-Ion Batteries with An Extended Temperature Range of ?20 to 45 ℃”为题发表在最新一期的《Advanced Materials》。安徽大学硕士研究生王炜、阿德莱德大学研究员张仕林和安徽大学讲师张龙海为论文共同第一作者，通讯作者为安徽大学物质科学与信息技术研究院张朝峰教授。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400642

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（责任编辑：xu）

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