王成亮教授團隊在有機儲能電池領域取得系列進展

作者: 时间:2020-10-06 点击数:

功能有機高分子材料見證了锂離子電池的快速發展、商業化進程以及其替代品研究的興起。作爲一種可能的替代選擇,有機高分子材料擁有柔性、性能可調、材料種類豐富多樣、潛在高容量、天然資源豐富和可回收等衆多優點。但直到現在爲止,僅有屈指可數的無機材料被用作商用锂電池的電極材料。羰基化合物與早期的導電聚合物等材料相比,具有較高的容量和穩定性,因此其研究帶來了有機電池研究的複興。盡管如此,到目前爲止,有機電池的研究還存在著很多問題亟需解決,包括高容量、快充性能、良好循環性、高輸出電壓和低成本等衆多需求。

在此情況下,王成亮教授課題組近些年對有機高分子材料在儲能電池中的應用展開了系統研究:提出擴大共轭體系可以提高有機電池的快充性能(Chem 2018, 4, 2600-2614);從π-ππ-d,對共轭配位聚合物材料展開了系統研究,揭示了共轭配位聚合物材料的化學態等普遍規律,獲得了高性能電極材料(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14731-14739);指出有機高分子材料與無機材料的本質區別在于分子間弱相互作用,從而提出了利用弱相互作用來提高電池性能的新方法(Energy Storage Mater. 2020, 27, 35-42);針對小分子電極材料的溶解,開發了一系列選擇性滲透膜,提出了一種抑制活性材料溶解和擴散的新方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16072-16076)。

圖一、有機電池的挑戰與解決方法

基于這些研究,王成亮教授課題組最近在《Accounts of Chemical Research》上發表綜述論文《設計高性能有機電池》(Designing high performance organic batteries),總結了課題組近些年來從分子設計到電池中各組分調控的思路和方法,最後結合這些理解,展望了有機電池的美好未來(Acc. Chem. Res. 2020, DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00465)。

圖二、爲《Accounts of Chemical Research》設計的封面。寓意:“一花獨放不是春,百花齊放春滿園”,各個行業的繁榮都需要百花齊放、百家爭鳴。

上述研究論文的通訊作者爲華中科技大學光學與電子信息學院教授王成亮,論文的第一作者爲博士生陳遠。該系列工作得到了國家自然科學基金委面上項目的支持。課題組主頁:http://flexbatt.oei.hust.edu.cn/index.htm

論文鏈接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00465

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829720300210

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201908274

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929418303668

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201809907


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