鲁汶大学ACS Energy Lett.: 用于高性能钠/钾离子电池的高压有机框架

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鲁汶大学ACS Energy Lett.: 用于高性能钠/钾离子电池的高压有机框架
有机金属离子电池领域仍然面临缺乏高压碱金属阳离子储层正极材料的挑战。尽管最近的一些突破为锂离子存储提供了有价值的解决方案，但实现具有高电压和环境稳定性的钠离子和钾离子有机存储仍然难以捉摸。
鲁汶大学ACS Energy Lett.: 用于高性能钠/钾离子电池的高压有机框架
在此，比利时鲁汶大学Alexandru Vlad等人证明了多功能苯-1,2,4,5-四甲基磺酰胺（PTtSA）四阴离子骨架在碱金属阳离子存储方面表现出通用性能。新合成的Na4-PTtSA和K4-PTtSA相在氧化还原电位分别为2.5 V vs Na+/Na和2.6 V vs K+/K 时，每个分子式单元可逆地交换两个Na+或K+当量且具有优异的循环稳定性和功率性能。
在对Li4-vs Na4– vs K4-PTtSA衍生物的系统研究中，可以确定对氧化还原性能有直接影响的结构顺序和电荷定位趋势。其中，有机电池材料的高本征电导率几乎没有被研究过，它能够实现快速的动力学、充分的材料利用和低电极极化，这些在实际电池材料的利用中备受关注。
鲁汶大学ACS Energy Lett.: 用于高性能钠/钾离子电池的高压有机框架
图1. Li4-PTtSA、Na4-PTtSA和K4-PTtSA系列的比较分析和相关性
基于这些独特的特性，作者组装了第一款基于氮氧化还原的有机钠离子全电池，其输出电压为1.15 V且具有良好的5C倍率性能和出色的循环稳定性。与经过数十年的广泛研究、开发和优化的无机正极相比，第一代PTtSA正极已经展现出良好的电化学前景，还有很大的探索和改进空间。
总体而言，这项研究不仅丰富了新兴的高压钠/钾离子电池有机正极材料库，还丰富了用于下一代储能的碱离子化学、电池和设备的知识。这项工作为碱离子有机正极领域开辟了新的途径，突出了有机材料在碱金属阳离子存储方面的多功能性。
鲁汶大学ACS Energy Lett.: 用于高性能钠/钾离子电池的高压有机框架
图2. 基于氮氧化还原的有机钠离子全电池
A High-Voltage Organic Framework for High-Performance Na- and K-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c0257

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