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唐武/樊聰/高劍EnSM: 使用小分子有機正極的超穩定、超長壽命和超高倍率的鈉離子電池

目前，鈉離子電池 (SIBs) 的正極材料研究主要集中在無機正極。除了普魯士藍類似物以外，還包括層狀和聚陰離子結構的氧化物正極，此外還有低成本、環境可持續性和可回收性的有機氧化還原活性化合物。但有機正極材料缺點明顯，除了溶解問題嚴重，有機分子之間的范德華力較弱，液體電解質中可能的溶劑共嵌入的影響也會降低有機電極的真實性能。

在此，電子科技大學唐武、樊聰、高劍等人正式提出了有機電極“單分子儲能”的科學概念，發現一種小分子有機正極（PTCDI-DAQ）可以在SIB中提供前所未有的結果，通過精心選擇高濃度電解質，可以提供更多的游離鈉離子并降低溶劑共嵌入效應。

圖1. 該有機正極材料的電化學性能（半電池）

PTCDI-DAQ在半電池的長壽命測試（至少10個月）中可以提供超過153 mAh g^-1的超穩定容量。在全電池中可以提供206 mAh g^-1的正極峰值放電容量，平均電壓為1.2 V，運行超過4個月沒有容量衰減。同時，該正極創造了在20 A g^-1（100 C）下保持70%的容量保持率（142 mAh g^-1）的世界紀錄。據作者所知，PTCDI-DAQ可以代表目前世界上最好的SIB有機正極，基于該正極的全電池綜合性能可以與迄今為止報道的最好的SIB競爭。

圖2. PTCDI-DAQ || Na₃Bi全電池的電化學性能

Ultra-Stable, Ultra-Long-Lifespan and Ultra-High-Rate Na-ion Batteries Using Small-Molecule Organic Cathodes, Energy Storage Materials. 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.008

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