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材料学院樊聪副教授在钾离子二次电池领域取得重要研究进展
发布日期:2020-02-28作者: 阅读次数:

 

近日,我院唐武教授团队樊聪副教授在材料类著名期刊《Advanced Functional Materials》发表题为“Novel Insoluble Organic Cathodes for Advanced Organic K-ion Batteries”的原创性研究论文。硕士研究生胡杨为该论文第一作者,樊聪老师为该论文通讯作者,材料与能源学院为唯一通讯单位。

钾离子二次电池性能出色、成本低廉。由于钾离子半径较大,开发能存储钾离子的高效正极和负极材料绝非易事。该工作报道合成了一个新型有机小分子正极材料PTCDI-DAQ及其在有机钾离子电池(organic potassium-ion batteries, OPIBs)中的高效应用。在以钾金属为对电极的半电池中,PTCDI-DAQ展现出高比容量(200 mAh g-1)和高倍率性能(133 mAh g-1@20 A g-1)。同时,使用有机小分子K4TP作为负极,PTCDI-DAQ作为有机正极所构建的新型有机钾离子电池也取得非常好的电池性能。该K4TP II PTCDI-DAQ有机钾离子电池的放电中值电压为1.38 V(0.2-3.2 V)、放电比容量为213 mAh g-1正极@100 mA g-1和94 mAh g-1正极@10 A g-1、电池能量密度达到295 Wh kg-1正极、充放电次数超过30000周。

综上,此工作代表了目前钾离子电池研究领域的世界领先水平,为有机钾离子电池的实用化迈出重要一步。

图1、PTCDI-DAQ的分子结构式和合成路线图

图2、(a) K4TP有机负极II PTCDI-DAQ有机正极钾离子电池结构示意图;(b)使用新型有机钾离子电池点亮的红光LED灯泡。

据悉,樊聪老师在国际上率先证明了电化学活性有机化合物可以高效的作为钾离子电池正极和负极材料,实现了有机钾离子电池(OPIBs)概念和实用器件从0到1的突破。近四年来(2017-2020),樊聪老师在新型有机钾离子电池正负极材料做出了一些系统性和原创性的研究工作,相关研究成果陆续发表在《Advanced Functional Materials》、《Nano Energy》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Chemical Communications》、《Electrochimica Acta》等著名材料化学类期刊上。

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论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000675