美国和中国科学家联合开发钠离子电池用有机聚合物电极

下一代电池可能会采用更丰富、更环保的碱金属或多价离子，取代锂离子。兼具快速充放电性能的高能量密度电池主要的挑战是开发出稳定的电极。美国和中国科学家在《Angewandte Chemie》杂志中报道了一种由有机聚合物制成的高性能电极，可用于制造低成本、环境友好且长寿命钠离子电池。有机化合物作为电极材料有利的方面是因为它们不含有害且昂贵的重金属，而且可以适应不同的用途。不利的方面是会溶解在液体电解质中，从而造成电极不稳定。美国马里兰州大学王春生团队和一个国际团队将一种有机聚合物用于制备高容量、快速充电并且不溶解的正极材料。研究结果表明，对于钠离子电池而言，这种聚合物在容量和耐久性方面优于目前使用的聚合物或无机电极，对多价镁和铝离子电池而言差距不大。经过在锂电池和超级电容器上测试，作为一种适宜的电极材料，科学家们认定有机化合物六氮杂萘(HATN)具备制备高能密度电极的能力，能迅速嵌入锂离子中。然而，与大多数有机材料一样，HATN也会溶解在电解质中，在循环过程电极变得不稳定。现在的方法是将单个分子链接在一起，形成稳定的结构。他们获得了一种叫做聚合HATN或PHATN的聚合物，使钠、铝和镁离子电池的反应更快、容量更高。电池组装后，科学家们使用高浓度电解质对PHATN电极进行了测试，发现非锂离子具有优异的电化学性能。作者称，钠电池可以在3.5 V的高压下工作，即使在5万次循环后仍能保持100 mA/g以上的容量，相应的镁和铝电池紧随其后，极具竞争力。研究人员预期这种聚合吡嗪电极(基于HATN的有机吡嗪是一种芳香烃类具有果味的富氮有机物)可用于环境友好、高能量密度、快速和超稳定的下一代可充电电池。