中美科学家研有机聚合物制高性能电极 或实现低成本/环保钠离子电池

据外媒报道，下一代电池中的锂离子可能会被更丰富、更环保的碱金属或多价离子所取代。然而，主要的挑战是开发能够将高能量密度与快速充电和放电速率相结合的稳定电极。最近，来自中国和美国的科学家开发了一种由有机聚合物制成的高性能电极，可用于低成本、环保和耐用的钠离子电池。

目前，锂离子电池是可用于便携式设备、储能系统和电动汽车的最先进技术，锂离子蓄电池技术已获得今年的诺贝尔奖。然而，下一代电池预计将使用更便宜、更安全、更环保的材料，实现更高的能量密度和容量。目前，最发达的电池类型基本上使用与锂电池相同的充放电技术，但通常锂离子会被钠、镁和铝等廉价金属离子所取代。然而，这种替代也需要对电极材料进行显著的调整。有机化合物是优良的电极材料，首先，它们不含有害且昂贵的重金属；其次，它可以用于不同的目的。然而，缺点是它会溶解在液体电解质中，导致电极不稳定。美国马里兰大学的Chung Wang和他的团队与国际科学团队合作，开发了一种有机聚合物，可以成为一种高容量、快速放电和不溶性的电池正极材料。根据这项研究，在钠离子电池中，这种聚合物在容量转移和保持方面优于现有聚合物和无机阴极，而在多价镁离子和铝离子电池中这一性能也紧随其后。科学家们发现，六氮杂三苯是一种非常合适的阴极材料，这种化合物已经在锂电池和超级电容器中进行了测试，证明了它有能力成为一种可以快速插入锂离子的高能量密度阴极。然而，与大多数有机材料一样，HATN会溶解在电解质中，导致充放电循环过程中阴极不稳定。科学家解释说，现在的关键是通过连接单个分子来稳定材料的结构，从而产生一种称为聚合物HATN或PHATN的有机聚合物，它可以提供快速的反应动力学和对钠、铝和镁离子的高容量。组装电池后，科学家们使用高浓度电解质测试了PHATN阴极，发现非锂离子具有优异的电化学性能。钠电池可以在高达3.5V的高压下运行，即使经过50000次循环，其容量仍可以保持在每克100毫安时以上。研究人员认为，这种类型的聚合可以实现环境友好、高能量密度、快速充电和放电，以及用于重氮苯阴极的超稳定的下一代可充电电池。

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