为高性能双离子电池设计和合成基于viologen的共聚物
Ao Yu1, Chengqiu Li1, Xianhe Chen1
1State Key Laboratory of Explosion Science and Safety Protection, School of Mechatronical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081, China.
新的双极共聚合物,聚生物-4,5,9,10-二化物 (PVPTOCl2) 和聚生物二化物 (PVAQCl2),为双离子电池提供高性能. PVPTOCl2表现出优越的容量,可逆性,速度能力和循环稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 传统的离子电池 (LIB) 在特定容量和工作电压方面面临限制.
- 有机电极具有潜在的高特异性容量,提升工作电压和环境效益.
- 双离子电池 (DIB) 是先进的能源存储的新兴技术.
研究的目的:
- 合成和评估基于viologen的新型双极共聚物作为DIBs的高性能阴极.
- 研究这些共聚合物的电化学性能和电荷储存机制.
- 建立结构-属性关系,为DIBs开发高效的双极材料.
主要方法:
- 合成聚生物-4,5,9,10-二化物 (PVPTOCl2) 和聚生物二化物 (PVAQCl2).
- 电化学性能测试,包括特定容量,库伦比效率,速率能力和循环稳定性.
- 使用FT-IR和XPS进行in-situ/ex-situ表征,并进行密度函数理论 (DFT) 计算,以阐明电荷存储机制.
主要成果:
- 两种合成的共聚合物都表现出来自viologen和carbonyl组的双离子储存能力.
- 与PVAQCl2相比,PVPTOCl2表现出优越的电化学性能,实现了高初始特异容量 (235.0 mAh g−1 在200 mA g−1),优异的可逆性 (99.96%的库伦比效率在1 A g−1),强大的速率性能 (150.3 mAh g−1 在5 A g−1),以及出色的循环稳定性 (197.5 mAh g−1 在1 A g−1 在3000个循环中,每个循环容量损失0.11 ‰).
- 机制调查证实了双极分子的结构-性质关系.
结论:
- 基于Viologen的双极共聚物是高性能双离子电池的有希望的阴极材料.
- PVPTOCl2表现出卓越的电化学性能,突出其下一代储能潜力.
- 该研究为设计高效的双极材料提供了一个新的平台和洞察力,用于先进的DIB.
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