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嶺南師范學(xué)院陳耀光、中山大學(xué)章自壽團(tuán)隊(duì) CEJ：多功能自由基聚合物粘結(jié)劑構(gòu)筑高功率高能量密度有機(jī)/無機(jī)雜化電極
2024-01-26  來源：高分子科技

  功率和能量密度是高性能電極材料的兩大性能指標(biāo)。柔性自支撐電極和厚電極是提高電極能量密度的有效手段；而導(dǎo)電粘結(jié)劑和自由基聚合物已被證明能顯著提升電極的功率密度。但如何兼顧功率和能量密度是電極技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。


圖1 柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極的構(gòu)筑、PETM的儲能機(jī)理及其對LFP充電過程的協(xié)同機(jī)制


  近期，嶺南師范學(xué)院陳耀光博士和中山大學(xué)章自壽副教授團(tuán)隊(duì)提出以自由基聚合物PETM為多功能粘結(jié)劑，磷酸鐵鋰LFP為儲能活性成分和碳納米管SWNT為導(dǎo)電骨架，通過溶液成膜法構(gòu)筑柔性自支撐PETM/LFP/SWNT電極，實(shí)現(xiàn)了快速充放電性能（20 C下的2000次長循環(huán)）；同時(shí)通過構(gòu)筑柔性自支撐厚電極，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)202 mA h cm-3的能量密度。該研究充分利用自由基聚合物PETM側(cè)鏈上多種官能團(tuán)而賦予的多功能特性。大量羧基對LFP有強(qiáng)的粘結(jié)力，-CH2-與SWNT存在大量CH-π相互作用，而TEMPO自由基具有儲能特性且對LFP的充電過程具有協(xié)同作用。因而基于PETM的PETM/LFP/SWNT電極表現(xiàn)出良好柔性、機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了高功率和高能量密度。該工作系統(tǒng)研究PETM/LFP/SWNT電極的構(gòu)效關(guān)系并深刻揭示了PETM的多功能特性，拓展了自由基聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域。該工作以“Multifunctional radical polymers-enabled rapid charge/discharge and high capacity for flexible self-standing LiFePO4/PETM/SWNT hybrid electrodes”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》（Chem Eng J, 2024, 149008）。該研究得到嶺南師范學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委的支持。 


圖2 PETM/LFP/SWNT電極的結(jié)構(gòu)表征 


圖3 PETM/LFP/SWNT電極的電化學(xué)性能
 

圖4 PETM/LFP/SWNT在軟包電池的應(yīng)用

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自由基聚合物PETM的最新研究進(jìn)展。自由基聚合物是一類具有自由基側(cè)鏈的聚合物，具有充放電速度快、氧化還原電位高和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是一種有希望的有機(jī)活性材料。在過去，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)系統(tǒng)研究了PETM的設(shè)計(jì)合成（Macromol. Rapid Comm., 2018, 39, 1800195）及其二元柔性自支撐復(fù)合電極PETM/SWNT的構(gòu)筑與構(gòu)效關(guān)系（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 13286-13297）。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724004935

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