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研究人员探讨π-共轭聚合物的性质 以用于金属离子电池和超级电容器

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58京牌 随着能源需求日益增长,以及化石燃料减少,利用可再生能源发电,具有重要意义。而且,对于工业进步和人类福祉而言,能源存储与能源生产同样重要。超级电容器具有价格低、能量密度相对较高、比电容高、电容保留率高、可再生性等优点,是一种极具吸引力的电化学储能系统。

(图片来源:AZOM)

作为各种储能技术中的电极材料,近年来有机材料备受关注。其中共轭聚合物(π-CPs)颇具吸引力,因其具有诸多优势,如良好的电导率、成本效益、重量轻和环保性。,在英国皇家学会开放科学杂志(Royal Society Open Science.)上发表的一篇论文中,某研究团队广泛考察特殊类型的有机材料,即将π-CPs作为多功能储能系统的电极材料,以促进电极材料快速发展和创新。

研究人员首先提供各种π-CPs的概览,及其与能储应用有关的基本固有特性。此外,该文着重介绍π-CPs的合成,以及各种合成技术的最新进展。化学氧化聚合是一种双电子交换技术,需要使用氧化剂来氧化单体。电聚合是仅次于氧化聚合的最有利的合成方法。当施加外部电压时,工作电极上会发生聚合反应。在大多数情况下,这些合成是在手套式操作箱内进行的。例如,在电聚合中使用ITO涂层载玻片或镀金玻璃作为工作电极。

使用共轭聚合物的电池电极

因使用内燃机造成的环境问题日益严重,电化学储能电池越来越受欢迎。低成本、高功率密度、轻量化、安全性高、长寿命、环保的电池,在、便携式电子产品、频率调节等应用中的需求很高。

电活性有机化合物相对于无机化合物具有若干优点,如重量轻、安全性更高。而且,还可以生产具有必要结构和官能团的电活性有机化合物,从而产生更多的氧化还原活性位点,增加充放电过程中的电解质离子交换。

在多功能储能系统中,π-CPs及其改性材料,以及与纳米结构金属氧化物和碳基材料构成的复合材料,已被广泛用作电极材料。CPs是非常有价值的材料,也是超极电容器和金属离子电池(MIBs)的潜在候选材料,因其具有灵活性、低成本、环境友好性、结构多样性,以及易通过纳米结构设计衍生化。π-CPs作为电极材料用于存储器件的主要缺点包括容量低、稳定性差等。

此外,在非质子电解质中π-CPs电极击穿,会导致电池和超级电容器在放电期间容量快速衰减。迄今为止,文献中已经发表了各种克服这些障碍的解决方案。其中包括利用有机羰基化合物制备π-CPs盐,利用导电材料制备π-CPs共价化合物,以及利用非共价技术制备具有纳米结构碳/金属氧化物的复合材料。

孤对电子似乎具有较高的电子迁移率,据发现π-CPs中含有包括杂原子(如氧、氮、硫等)在内的孤对电子,具有较高的电导率和氧化还原活性,能够进一步提高储能系统的能量和功率密度。

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