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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：

钾正阴阳阳离子（K-ion）微型蓄微型蓄容量电池（PIBs）兼备人工低廉、电药剂学性与锂正阴阳阳离子微型蓄微型蓄容量电池类似于等凸起优缺，能让了大家多方面的深入分析业余爱好。近两载以来来，巧妙的氧化的保存抗逆性药剂学物质日趋成了十分的体现了成长 前途的金属参比参比工业装修资料。的不同的深入分析专班已证明资料，巧妙的金属参比参比工业可不需要**地手机存储一半径的K正阴阳阳离子，那是特征提取巧妙的无水硫酸铜的大间隙服务器，这能让巧妙的金属参比参比工业较之于特征提取插层-脱嵌体系的生产物金属参比参比工业兼备清晰的的胜机。当前状况，激发**的巧妙的金属参比参比工业如果是PIBs服务业化的首要任务，可能已新闻稿的巧妙的金属参比参比工业的有一些关键的主要参数（如激光能量体积密度、系数性和无限配置固界定）离其实施用还较远。到目前为止，在PIBs中施用巧妙的金属参比参比工业有两大清晰的的优越性性：基本数小氧分子式空间框架巧妙的金属参比参比工业在粘液电解法质中溶于话题可怕（无限配置固界定差）；第二是巧妙的金属参比参比工业电阻率较之较高（低系数性）。可望的是，从氧分子式空间框架工作学的弯度可不需要比较好地避免出现话题：1）制定的概念新的巧妙的低聚物或满氧分子式空间框架量的杂化物可不需要避免溶于话题。巧妙的低聚物/杂合物兼备认定的药剂学空间框架，与巧妙的缔合物较之更易纯化；2）扩展芳族π共轭可显得加快巧妙的装修资料的电子无线电阻率，多方面适用巧妙的荧光电子元器件大家庭中的一员-二极管（OLED）和巧妙的太陽能微型蓄微型蓄容量电池（OSC）。注重到十分的多种多样的巧妙的空间框架的可制定的概念性，需要有许许多多高性的巧妙的金属参比参比工业等等激发。

【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的两步炼制规划；

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种生物碳化学物质的FT-IR光谱分析的调小组成部分。


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光谱仪；

c）OPIBs中PTCDI-DAQ的脱色展现措施。


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的系数性能指标；

c）PTCDI-DAQ在3 A g-1下的长循环曲线；

d）**报告模板的K亚铁离子半锂电选中定正极的倍数能力梳理。


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）谷值电压（i）与有所不同扫描仪浓度中的对数计算（log）的关联的曲线线性拟合最后。


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点一闪一闪桔红色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）全电瓶的300个循环法斜率；

c）全微型蓄电池的倍数机械性能；

d）任何本职工作与另外的K阴阳离子全電池的人体脂肪导热系数和功效导热系数的对比；

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）