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王成亮教授团队在有机储能电池领域取得系列进展

作者: 时间:2020-10-09 点击数:


    功能有机高分子材料见证了锂离子电池的快速发展、商业化进程以及其替代品研究的兴起。作为一种可能的替代选择,有机高分子材料拥有柔性、性能可调、材料种类丰富多样、潜在高容量、天然资源丰富和可回收等众多优点。但直到现在为止,仅有屈指可数的无机材料被用作商用锂电池的电极材料。羰基化合物与早期的导电聚合物等材料相比,具有较高的容量和稳定性,因此其研究带来了有机电池研究的复兴。尽管如此,到目前为止,有机电池的研究还存在着很多问题亟需解决,包括高容量、快充性能、良好循环性、高输出电压和低成本等众多需求。

    在此情况下,王成亮教授课题组近些年对有机高分子材料在储能电池中的应用展开了系统研究:提出扩大共轭体系可以提高有机电池的快充性能(Chem 2018, 4, 2600-2614);从π-ππ-d,对共轭配位聚合物材料展开了系统研究,揭示了共轭配位聚合物材料的化学态等普遍规律,获得了高性能电极材料(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14731-14739);指出有机高分子材料与无机材料的本质区别在于分子间弱相互作用,从而提出了利用弱相互作用来提高电池性能的新方法(Energy Storage Mater. 2020, 27, 35-42);针对小分子电极材料的溶解,开发了一系列选择性渗透膜,提出了一种抑制活性材料溶解和扩散的新方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16072-16076)。

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图一、有机电池的挑战与可能解决方法

    基于这些研究,王成亮教授课题组最近在《Accounts of Chemical Research》上发表综述论文《设计高性能有机电池》(Designing high performance organic batteries),总结了课题组近些年来从分子设计到电池中各组分调控的思路和方法,最后结合这些理解,展望了有机电池的美好未来(Acc. Chem. Res. 2020, 53, 2636)。该论文的通讯作者为华中科技大学光学与电子信息学院教授王成亮,论文的第一作者为博士生陈远。

图二、为《Accounts of Chemical Research》设计的封面。寓意:“一花独放不是春,百花齐放春满园”,电池行业的繁荣都需要百花齐放、百家争鸣。

    该系列工作得到了国家自然科学基金委面上项目(51773071)的支持。课题组主页:http://flexbatt.oei.hust.edu.cn/index.htm

论文链接

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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