杏彩体育平台

您当前所在位置：杏彩体育平台 > 资讯信息 > 科研动态
新型不溶性有机正极用于有机钾离子电池
发布时间：2020-09-03     作者：harry   分享到：

钾正铁阴阳离子（K-ion）容量电芯（PIBs）有代价低、电生物学耐腐蚀性与锂正铁阴阳离子容量电芯相似性等重要的优点，引发了人类常见的深入分析想象力。近些近些年，生物碳无机化学阳极氧化修复活力生物碳化合物渐渐的称为更具发展方向市场前景的参比金属电级文件。各种的深入分析协作组开始关系证明，生物碳无机化学参比金属电级能**地储存方式多半径的K正铁阴阳离子，他是依托于生物碳无机化学固态物的大细缝三维空间，这因此生物碳无机化学参比金属电级对于比较于依托于插层-脱嵌机制化的激发参比金属电级有很分明的优势与劣势。在当下，的激发**的生物碳无机化学参比金属电级已经是PIBs商业区化的至关重要，由于已新闻稿件的生物碳无机化学参比金属电级的有些重点基本参数（如正能量规格、系数耐腐蚀性和嵌套循坏维持性）离其实采用还距离远。当前，在PIBs中实用生物碳无机化学参比金属电级有3个很分明的特殊性性：很基本上小碳原子生物碳无机化学参比金属电级在液态体电解设备质中融掉一些的故障厉害（嵌套循坏维持力差）；二生物碳无机化学参比金属电级电阻率对于比较很不错（低系数耐腐蚀性）。日新月异的是，从碳原子项目学的的视角能很好的地很好很好解决综上所述一些的故障：1）激发新的生物碳无机化学低聚物或高碳原子量的杂化物能很好很好解决融掉一些的故障。生物碳无机化学低聚物/杂合物有断定的生物学设计，与生物碳无机化学聚合反应物相较更简易纯化；2）拓展芳族π共轭可明显不断提高生物碳无机化学文件的光电子电阻率，常见使用于生物碳无机化学会亮肖特基二极管（OLED）和生物碳无机化学太阳系能容量电芯（OSC）。充分考虑越来越多样化的生物碳无机化学设计的可激发性，需要有大部分高耐腐蚀性的生物碳无机化学参比金属电级超时的激发。

【成果简介】

近日，电子科技大学樊聪/唐武团队为有机钾离子电池（OPIB）设计了一种新型的不溶性小分子有机正极[N,N'-双(2-蒽醌)]-苝-3,4,9,10-四羧基二酰亚胺（PTCDI-DAQ，200 mAh g-1）。在二甲氧基乙烷（DME）使用1 m KPF6的半电池（1-3.8 V vs K+/K）中，PTCDI-DAQ提供了216 mAh g-1的高度稳定的比容量，并在20 A g-1（100 C）的超高电流密度时仍保持133 mAh g-1的比容量。使用还原的对苯二甲酸钾（K4TP）作为有机负极，在DME中使用电解质为1 m KPF6的所得K4TP || PTCDI-DAQ OPIBs可实现更大295 Wh kg-1正极（213 mAh g-1正极×1.38 V）的高能量密度。在0.2-3.2 V工作电压下拥有13800 W Kg-1正极（94 mAh g-1×1.38 V@10 A g-1）的功率密度。同时，K4TP || PTCDI-DAQ OPIBs具有超长的使用寿命，10000次循环后，其稳定放电容量为62 mAh g-1正极，3万次循环后稳定放电容量为40 mAh g-1正极（3 A g-1）。PTCDI-DAQ的综合性能达到目前世界更好水平。该成果以题为“Novel Insoluble Organic Cathodes for Advanced Organic K-Ion Batteries”发表在了Adv. Funct. Mater.上。

【图文导读】


图1 PTCDI-DAQ的结构表征

a）PTCDI-DAQ的一个步骤结合路线地图；

b）PTCDI-DAQ在D2SO4中的1H NMR光谱； 

c）分别为AQNH2、PTCDA、PTCDI和PTCDI-DAQ的FT-IR光谱； 

d）4种有机化学类化合物的FT-IR光谱仪的变成地方。


图2 PTCDI-DAQ的氧化还原机制


a）半电池中PTCDI-DAQ的多重CV曲线（扫描速率为0.1 mV s-1，电压为1-3.8 V vs K+/K）；

b）半电池板中PTCDI-DAQ的异位FT-IR光谱分析；

c）OPIBs中PTCDI-DAQ的钝化恢复备份体系。


图3 不同电解质中PTCDI-DAQ的充放电曲线


a）DME中1 M KPF6电解质中PTCDI-DAQ的充放电曲线；

b）DME中1 M KPF6 + 0.05 M LiTFSI电解质中PTCDI-DAQ的充放电曲线。


图4 不同电解质的K||Cu电池的电压曲线


a）DME中1 M KPF6的K||Cu电池的电压曲线；

b）DME中的1 M KPF6 + 0.05 M LiTFSI的K||Cu电池的电压曲线。

c）分别使用DME中的1 M KPF6和DME中的1 M KPF6 + 0.05 M LiTFSI在1 mA cm-2时，K||K对称电池的循环性能。


图5 PTCDI-DAQ的循环曲线


a）带有LiTFSI的PTCDI-DAQ在100 mA g−1处的循环曲线；

b）PTCDI-DAQ的倍数能力；

c）PTCDI-DAQ在3 A g-1下的长循环曲线；

d）**情况汇报的K阴离子半手机电池选出定正极的系数耐腐蚀性统计。


图6 PTCDI-DAQ在不同扫描速率下的CV曲线


a）GITT曲线和b）PTCDI-DAQ的实现K+扩散系数（D）；

c）PTCDI-DAQ在0.1~10 mV s-1的不同扫描速率下的CV曲线；

d）峰峰值电流值（i）与有所差异检测时延之間的常用对数（log）关系的的线形拟合曲线报告单。


图7 PTCDI-DAQ基正极和K4TP负极的OPIBs的结构


a）PTCDI-DAQ基正极和K4TP负极的OPIBs的结构；

b）OPIBs点亮起红白色LED。


图8 K4TP||PTCDI-DAQ全电池的电化学表征


a）K4TP || PTCDI-DAQ全电池在0.2-3.2 V电压范围内的充放电曲线；

b）全锂电池的300个配置身材曲线；

c）全电瓶的系数性能方面；

d）任何本职工作与的K阴离子全电池充电的人体脂肪容重和效率容重的会比较；

e）3 A g-1时全电池的长循环曲线。


【小结】


报道了一种新型的不溶性小分子有机正极PTCDI-DAQ，其比容量为200 mAh g−1。PTCDI-DAQ在半电池和全电池中均表现出令人印象深刻的循环稳定性、高速率性能和长寿命。例如，所得到的全电池可以提供295 Wh kg-1正极的高能量密度，高功率密度的13 800 Wkg-1正极和超过30 000个循环的超长寿命。总之，这项工作为高性能有机电极的分子设计打开了大门，同时也为有机钾离子电池的发展迈出了重要的一步。

文献链接：

Novel Insoluble Organic Cathodes for Advanced Organic K-Ion Batteries（Adv. Funct. Mater.， 2020，DOI:10.1002/adfm.202000675）