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東北師大吳興隆Angew: 用于先進鉀離子電池的新型低成本COF復合負極

東北師大吳興隆Angew: 用于先進鉀離子電池的新型低成本COF復合負極
鉀離子電池(PIBs)作為一種新型的儲能技術,由于鉀資源豐富且電解質成本低廉而廣受關注。然而,由于K+的半徑較大,因此找到一種可在鉀化/去鉀化過程后保持穩定結構的負極材料至關重要。共價有機骨架(COFs)具有結實、多孔的晶體結構,是一種極具吸引力的儲能材料。
東北師大吳興隆Angew: 用于先進鉀離子電池的新型低成本COF復合負極
在此,東北師范大學吳興隆教授等人在單壁碳納米管(SWCNT)表面制備了原位可控生長的聚酰亞胺共價有機骨架(P-COF),將生成的P-COF@SWCNT作為PIB負極。經過簡單的球磨工藝后,得到的剝離結構提供了受限的開放通道,導致更多的羰基活性中心暴露并縮短了離子/電子擴散路徑,這有利于K+的遷移。
同時,通過引入SWCNT作為導電基底形成交聯的導電網絡,加速了SWCNT向P-COF的電子傳輸,確保了電活性基團得到充分利用,即使在高電流密度下也能很好地發揮作用。
東北師大吳興隆Angew: 用于先進鉀離子電池的新型低成本COF復合負極
圖1. PCOF@SWCNT的合成及結構形態表征
電化學測量表明,所制備的P-COF@SWCNT負極在0.05 A g-1下的比容量為438 mA h g-1且具有超長穩定性(在0.7 A g-1下可循環1400次且沒有明顯的衰減),優于用于PIBs的大多數有機負極。
作者利用非原位紅外光譜、XPS、拉曼光譜和DFT計算對其儲存機理進行了表征,結果表明骨架中的C=O基團可以與K發生相互作用,芳香族萘環的π-陽離子效應為K提供了額外的活性位點。總之,這項工作開發了一種低成本、性能優越的新型COF復合負極材料并闡明了COF的儲鉀機理,這為進一步研究COF電極奠定了基礎。
東北師大吳興隆Angew: 用于先進鉀離子電池的新型低成本COF復合負極
圖2. PCOF@SWCNT的儲鉀性能
Covalent Organic Framework with Highly Accessible Carbonyls and π-Cation Effect for Advanced Potassium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202117661

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