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01

2018

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03

有機(jī)電極材料應(yīng)用于可充鈉離子電池

來(lái)源：

　　由于豐富的資源和低廉的價(jià)格，鈉離子電池被認(rèn)為是潛在的大規(guī)模儲(chǔ)能電池體系。相對(duì)于目前大量報(bào)道的無(wú)機(jī)電極材料，有機(jī)材料具有如下優(yōu)點(diǎn)。首先，有機(jī)電極材料通常采用溫和的方法進(jìn)行制備，反應(yīng)多為室溫下或者200℃以下進(jìn)行的取代反應(yīng)或聚合反應(yīng)等，這能夠減少在電極制備過(guò)程中的能量消耗和二氧化碳的排放；其次，大部分有機(jī)電極材料可取自天然產(chǎn)物或其衍生物，滿足可持續(xù)發(fā)展的需要；再者，有機(jī)電極材料是基于氧化還原中心的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，能夠承受鈉離子較大的半徑。最重要的是，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，有機(jī)正極材料的比容量可接近500安時(shí)每公斤，遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的無(wú)機(jī)正極材料。盡管具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)電極材料也存在活性材料易溶于有機(jī)電解液、導(dǎo)電性差、電壓低等問(wèn)題亟待解決。
　　目前用在鈉離子電池體系的有機(jī)電極材料主要基于碳氧雙鍵反應(yīng)，摻雜反應(yīng)以及碳氮雙鍵反應(yīng)。其中基于碳氧雙鍵反應(yīng)的電極材料主要包括醌類化合物，羧酸鹽化合物，酸酐以及酰胺類化合物。該類化合物容量較高，循環(huán)性能穩(wěn)定，目前研究最為廣泛?；趽诫s反應(yīng)的電極材料主要包括有機(jī)自由基類化合物，導(dǎo)電聚合物，微孔聚合物，有機(jī)金屬化合物等。其中p-摻雜反應(yīng)通常由電解液中的陰離子參與，工作電位一般高于3 V。而n-摻雜反應(yīng)由電解液中的陽(yáng)離子參與，工作電位一般在2 V以下?；谔嫉p鍵反應(yīng)的化合物主要包括席夫堿，蝶啶類衍生物等。此類電極材料目前研究較少，工作原理還需進(jìn)一步深入探索。此外，通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)，有機(jī)電極材料的電壓，比容量，溶解性，導(dǎo)電性等參數(shù)都能夠合理的進(jìn)行調(diào)控。例如，通過(guò)增加活性官能團(tuán)在分子中所占的比例，可以提高電極材料的理論比容量。通過(guò)調(diào)整有機(jī)分子的最低未占據(jù)軌道能級(jí)的能量，材料的電壓可以有效調(diào)控。拉電子的基團(tuán)可以升高材料的工作電位，而給電子基團(tuán)能夠降低材料的工作電位。通過(guò)對(duì)有機(jī)分子進(jìn)行聚合，可以有效地抑制電極材料在電解液當(dāng)中的溶解問(wèn)題。與碳材料進(jìn)行復(fù)合，可以提高材料的導(dǎo)電性，促進(jìn)電極材料倍率性能的提升。

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