開發具有成本效益和長壽命的可充電鋁離子電池（AIB）顯示出可持續能源存儲應用的廣闊前景，然而，缺乏具有高容量、良好循環穩定性和鋁載體離子可逆傳輸的正極材料一直是阻礙其實際應用迫在眉睫的挑戰。
在此，澳大利亞昆士蘭大學王連洲教授、羅彬及Yusuke Yamauchi等人首次提出了一種名為聚(4,5-二氫菲并[4,5abc]吡嗪[2,3-i]吩嗪-10,15-二酮)的含氮雜環醌聚合物，并將其作為高性能可充電AIB的一種新型有機正極材料。該聚合物具有協同氧化還原活性的C=O/C=N中心和π-共軛的雜環共軛聚合物納米結構，由該聚合物正極、鋁金屬負極及低成本AlCl3/尿素電解液組成的鋁有機電池展示了在充電/放電過程中C=O和C=N官能團與鋁載體離子之間的氧化還原相互作用。
DFT研究和異位研究表明，聚合物中熔融的C=N位點不僅有助于良好的π共軛結構，而且增強了C=O位點的氧化還原反應活性，使該聚合物在AlCl3/尿素電解液中的每個重復單元可容納多達4個AlCl2(urea)2+。
此外，碳納米管與聚合物的進一步結合不僅在正極中建立了穩定的離子/電子傳輸網絡，而且使聚合物具有更多可用的活性位點以吸附鋁載體離子。得益于協同的C=O和C=N氧化還原位點、π共軛剛性結構和導電CNTs通路，聚合物正極在0.1 A g-1的電流密度下具有295 mAh g-1的高放電容量和出色的循環性能，在1 A g-1循環4000次后容量保持為 85 mAh g-1。在不同電流密度下的能量密度分別為413、291、214 和168 Wh kg-1，展現出有競爭力的高性能。
電化學動力學分析表明，電極中的電荷存儲主要受離子擴散和電容過程的控制，有利于快速 AlCl2(urea)2+存儲和顯著的長期循環性。總之，本研究強調了具有多個氧化還原中心的雜原子π共軛聚合物在使用低成本電解液實現高性能AIB方面的前景。
Heterocyclic Conjugated Polymer Nanoarchitectonics with Synergistic Redox-active Sites for High-performance Aluminium Organic Battery, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202203646
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