具有氧化還原活性基元的有機分子是下一代可持續儲能電極的研究熱點。盡管目前氧化還原活性分子的設計已經取得了重大進展，但高電化學活性、穩定性以及快速充電的快速動力學要求，需要不斷研究有機電極三維(3D)結構的設計方法。

在此，韓國科學技術院（KAIST）Seokwoo Jeon, Il-Doo Kim以及美國伊利諾伊大學厄巴納香檳分校（UIUC）Paul V. Braun等人報道了一種用于實現3D雙連續納米網絡（3D PIN/Ni）的光刻制造策略，該技術重復性好、可擴展性強。該網絡由周期性多孔Ni支撐的氧化還原活性聚酰亞胺層（孔半徑<300 nm）組成，為電子和離子傳輸提供高導電通路。

圖1. 鋰化/脫鋰過程中CV曲線和Nyquist圖的電化學變化

通過結構工程，Ni具有優異的硬度、電化學穩定性和高導電性（1.43×107 S m^-1），3D Ni提供了用作有機電極材料載體所需的各種性能的必要組合。

采用聚酰亞胺基多羰基聚合物納米粒子（PIN）作為有機電活性材料，其電解質溶解度低，理論容量高（1460 mAh g^-1）。

通過這種3D結構負極中幾乎所有不飽和C=C鍵的超鋰化，實現了1260 mAh g^-1的高可逆容量，在10C倍率下250次循環后容量保持率為82.8%。

這項研究首次在高達400C倍率下實現了有機負極的鋰離子存儲，容量為664 mAh g^-1/2810 mAh cm^-3），超過了快充混合動力電動汽車的目標線（半電池級別容量為1000 Wh kg^-1/1500 Wh L^-1），為高性能有機電池開辟了新的工程機會。

圖2. 3D PIN/Ni與商業有機負極的性能比較

3D periodic polyimide nano-networks for ultrahigh-rate and sustainable energy storage, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01739J