記者5月23日從云南大學(xué)了解到，該校材料與能源學(xué)院郭洪教授團(tuán)隊在共價有機框架新能源存儲材料方面取得突破性進(jìn)展，為開發(fā)低成本、持久循環(huán)穩(wěn)定、高容量和可逆性充電電池的有機電極材料提供了一種新策略。國際著名期刊《先進(jìn)功能材料》發(fā)表了這一成果。
當(dāng)前，開發(fā)高性能、可持續(xù)的綠色電極材料對鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。作為一種高性能的能量存儲裝置，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各類移動電源和其他可再生清潔能源載體上。
與傳統(tǒng)無機化合物相比，共價有機框架是一類組分結(jié)構(gòu)可設(shè)計、強穩(wěn)定性的多孔晶態(tài)框架材料，因其功能性有機單元的框架結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出開放的離子和電子傳輸通道，近年來出現(xiàn)在電化學(xué)儲存的舞臺上。作為一種理想的鋰儲存電極材料，共價有機框架仍存在許多亟待解決的問題，如較低的氧化還原位點利用率，直接影響了其可逆儲能容量。因此，如何精確設(shè)計原子層結(jié)構(gòu)的共價有機框架分子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對材料結(jié)構(gòu)層間或內(nèi)部活性儲鋰位點的充分激發(fā)與利用,將對共價有機框架類材料在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的思路。
針對這些問題，課題組首次提出了羰基和氰基雙重有效氧化還原位點修飾的原子層共價有機框架，并成功應(yīng)用于鋰離子電池正極材料中。他們在前期研究基礎(chǔ)上，通過分子層面的設(shè)計，構(gòu)建了獨特的類花瓣二維原子層共價有機框架，具有較高的電化學(xué)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，引入原子層結(jié)構(gòu)調(diào)控的羰基和氰基雙活性位，可顯著增強共價有機框架用作鋰離子電池正極的電化學(xué)活性和容量。
課題組通過機械剝離的方法，將團(tuán)簇狀具有光導(dǎo)性的共價有機框架材料剝離，得到原子層共價有機框架材料。當(dāng)其作為鋰離子電池正極時，在200毫安時/克的電流密度下，經(jīng)過500次循環(huán)，仍保持96毫安時/克的高容量，放電效率接近100%，原子層共價有機框架材料的電化學(xué)性能，優(yōu)于最新報道的其他同類有機化合物。
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