AFM: 具有优异循环性能的钠基双离子电池正极材料D-A聚合物的设计与合成

有机双极性电极由于具有众多活性位点，可同时进行n型和p型反应以储存能量，通常可提供较高的理论比容量。本文设计并合成了一种新型双极聚合物阴极材料PQPZ。其中，供电子的吩嗪基团发生双电子氧化还原反应，可储存阴离子；而取电子的蒽醌基团则通过双电子氧化还原反应，可储存钠离子。值得注意的是，作为钠离子电池的双极阴极材料，PQPZ在1.0-4.0 V的电压范围内（vs. Na+/Na）显示出高达270 mAh g-1 的可逆比容量，并在半电池中实现了696 Wh kg-1 的高能量密度。在0.5 C的电流密度下循环300 次后，容量保持率达到90%。更令人兴奋的是，即使在10 C下循环10000 次，PQPZ电极每次循环的平均衰减率也低至0.0036%，表现出非常稳定的循环性能。此外，PQPZ在零下10 ℃的测试中也表现出优异的性能，使其在实际应用中大有可为。考虑到PQPZ的双极特性，对称电池也被成功构建，无需预激活过程即可实现 “即充即用 ”特性。这些结果揭示了PQPZ在实际应用中的潜力。

图文简介

a ) PQPZ的合成路线。b ) PQ和DPZ的结构

a ) BPQ、PQPZ和DPZ的FT-IR；b ) PQPZ的EDS分析

PQPZ的电化学表征：a ) 2 mV/s下的CV曲线；b ) 0.5 C下的dQ/dV曲线。c ) 0.5 C下的充放电曲线；d ) DPZ、PQPZ、PQ的CV曲线。

a ) PQPZ、DPZ和PQ在0.5 C下的循环性能；b ) PQPZ在不同电流密度下的倍率性能；c ) PQPZ在10 C下的长期循环性能。

a ) PQPZ在0.2~1.0 mV s-1不同扫描速率下的CV曲线。b ) PQPZ的b值拟合曲线。c ) PQPZ在1.0 mV s-1扫描速率下的CV曲线，包括电容和扩散行为。d )不同扫描速率下的电容贡献。e ) GITT曲线。f )计算的钠离子扩散系数。

通讯作者：Xiaorui Liu, Rongxing He, Linna Zhu, Fei Wu