【摘 要】
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便携电子设备、大规模智能电网和可再生能源等领域的发展为储能技术带来了新的机遇和挑战。钠离子电池由于资源丰富、成本低等优点,为能量储存提供了一种新的方案。然而,Na+较大的离子半径使其在无极电极材料中脱嵌时会导致材料的结构崩塌粉碎。因此,人们将研究目光转向具有柔性的有机电极材料,而有机小分子易溶解的问题通常导致其在充放电过程中的循环稳定性较差,限制其进一步的电化学性能研究和实际应用。针对这个的问题,
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便携电子设备、大规模智能电网和可再生能源等领域的发展为储能技术带来了新的机遇和挑战。钠离子电池由于资源丰富、成本低等优点,为能量储存提供了一种新的方案。然而,Na+较大的离子半径使其在无极电极材料中脱嵌时会导致材料的结构崩塌粉碎。因此,人们将研究目光转向具有柔性的有机电极材料,而有机小分子易溶解的问题通常导致其在充放电过程中的循环稳定性较差,限制其进一步的电化学性能研究和实际应用。针对这个的问题,我们从分子设计的角度出发,采用有机聚合和有机-无机杂化两种方法,改进已知的具有电化学活性的有机小分子,抑制其溶解,提高其在充放电过程中的循环稳定性。本论文的主要内容如下:(1)苯并噻二唑小分子含有两个共轭的C=N键,在充放电过程中可逆地得失电子,具有电化学活性,但是苯并噻二唑易溶于有机溶剂。因此,我们以4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑为原料,采用芳卤化合物与Ni(0)配合物耦合脱卤素的聚合方法得到了聚(苯并噻二唑)。扩展的共轭体系能降低化合物的溶解性,并且保持电极材料在充放电过程中的结构稳定,提高电池的循环稳定性。电化学测试结果表明,该电极在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈后仍能表现出91%的容量保持率(相较于第二圈容量),并且拥有良好的倍率性能。然而,长循环过程中库伦效率并不稳定。(2)四硫富瓦烯(TTF)小分子具有发生可逆的氧化还原反应的能力,因此具有电化学活性。但是TTF易溶于有机溶剂,造成容量快速衰减。为了解决这个问题,我们采用有机-无机杂化的策略,以1,3,4,6-四硫并环戊二烯-2,5-二酮为起始原料,利用一锅法合成了π-d共轭配位聚合物——四硫富瓦烯四硫代镍。与有机聚合的方法相比,抑制材料溶解度的同时电导率得到提升,这得益于有机/无机组分之间的π-d相互作用。测试结果表明,该材料在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈后表现出90%的容量保持率(相较于第二圈容量),并且1 A g-1的电流密度下循环500圈始终保持99%的库伦效率,几乎没有波动。循环稳定性和倍率性能均优于前一个工作。
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