作者:朱汉斌 来源:中国科学报 发布时间:2023/6/7 14:29:58
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导电聚合物用于长寿命水系铁电池获突破

 

近日,松山湖材料实验室柔性及锌基电池团队在松山湖材料实验室创新样板工厂团队项目、广东省粤莞联合基金、国家自然科学基金等支持下,提出了一种交联聚苯胺(C-PANI)导电聚合物作为水系铁电池正极材料的策略。相关研究论文发表于《自然—通讯》。

目前,对铁离子电池的研究仍处于初级阶段。开发高稳定的正极材料仍然是一个挑战,而且铁离子的充放电原理尚不清楚。

导电聚合物聚苯胺,具有颜色变化丰富、调控波段较宽、导电率高、理论比容量大等优点,然而,传统的聚苯胺面临导电性差,电化学稳定性差的缺点,导致循环寿命短,反应动力学缓慢。基于以上问题,研究人员提出了一种交联聚苯胺作为水系铁电池正极材料的策略:用三聚氰胺把聚苯胺链与链连接起来变成网状,形成交联聚苯胺,以提高聚苯胺的电导率和电化学稳定性。在测试温度为28°C±1°C的条件下,用C-PANI作为水系铁电池的正极材料,金属铁作为负极和1 M三氟甲磺酸亚铁[Fe(TOF)2]电解质组装的扣式电池,电池寿命达到了39000次循环,表现出超高的稳定性。

此外,机理研究表明,放电过程Fe2+离子与TOF- 阴离子结合形成带正电荷的阴阳复合离子Fe(TOF)+,这些阴阳复合离子与质子共同存储在C-PANI结构中。最后,研究人员将电致变色智能热控与电池相结合,制作了一个柔性反射电致变色铁电池原型,在充放电过程中,变色电池在波长为4.5 μm处实现了辐射功率从4.5W/μm m2 到 12.1W/μm m2的调控。

该研究发现了复合阴阳离子和质子的储存机制能够提高水系铁||导电聚合物电池的寿命,实现了二价铁离子可以作为电致变色载流子,达到了宽波段光学性能调控,为电致变色和电化学储能一体化的应用提供了新的结构模型,有望推动低成本、高安全性电化学储能和电致变色电池的发展。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-023-38890-y

 
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