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有机电极材料应用于可充钠离子电池

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有机电极材料应用于可充钠离子电池

有机电极材料应用于可充钠离子电池

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由于丰富的资源和低廉的价格,钠离子电池被认为是潜在的大规模储能电池体系。相对于目前大量报道的无机电极材料,有机材料具有如下优点。首先,有机电极材料通常采用温和的方法进行制备,反应多为室温下或者200℃以下进行的取代反应或聚合反应等,这能够减少在电极制备过程中的能量消耗和二氧化碳的排放;其次,大部分有机电极材料可取自天然产物或其衍生物,满足可持续发展的需要;再者,有机电极材料是基于氧化还原中心的电荷
  由于丰富的资源和低廉的价格,钠离子电池被认为是潜在的大规模储能电池体系。相对于目前大量报道的无机电极材料,有机材料具有如下优点。首先,有机电极材料通常采用温和的方法进行制备,反应多为室温下或者200℃以下进行的取代反应或聚合反应等,这能够减少在电极制备过程中的能量消耗和二氧化碳的排放;其次,大部分有机电极材料可取自天然产物或其衍生物,满足可持续发展的需要;再者,有机电极材料是基于氧化还原中心的电荷转移反应,能够承受钠离子较大的半径。最重要的是,经过合理设计,有机正极材料的比容量可接近500安时每公斤,远高于目前报道的无机正极材料。尽管具有以上诸多优点,有机电极材料也存在活性材料易溶于有机电解液、导电性差、电压低等问题亟待解决。
  目前用在钠离子电池体系的有机电极材料主要基于碳氧双键反应,掺杂反应以及碳氮双键反应。其中基于碳氧双键反应的电极材料主要包括醌类化合物,羧酸盐化合物,酸酐以及酰胺类化合物。该类化合物容量较高,循环性能稳定,目前研究最为广泛。基于掺杂反应的电极材料主要包括有机自由基类化合物,导电聚合物,微孔聚合物,有机金属化合物等。其中p-掺杂反应通常由电解液中的阴离子参与,工作电位一般高于3 V。而n-掺杂反应由电解液中的阳离子参与,工作电位一般在2 V以下。基于碳氮双键反应的化合物主要包括席夫碱,蝶啶类衍生物等。此类电极材料目前研究较少,工作原理还需进一步深入探索。此外,通过一系列的设计,有机电极材料的电压,比容量,溶解性,导电性等参数都能够合理的进行调控。例如,通过增加活性官能团在分子中所占的比例,可以提高电极材料的理论比容量。通过调整有机分子的最低未占据轨道能级的能量,材料的电压可以有效调控。拉电子的基团可以升高材料的工作电位,而给电子基团能够降低材料的工作电位。通过对有机分子进行聚合,可以有效地抑制电极材料在电解液当中的溶解问题。与碳材料进行复合,可以提高材料的导电性,促进电极材料倍率性能的提升。