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Nat. Commun.西安交大團隊在聚合物基固態電池研究領域取得新進展

來源：西安交通大學新聞網      2022-07-25
導讀：近日，西安交通大學化學學院丁書江教授團隊提出一種構建先進全固態電池的新型集成策略。相關工作以《以陰離子受體正極材料擴展聚合物固態電解質中的有效載流子》(Expanding the active charge carriers of polymer electrolytes in lithium-based batteries using an anion-hosting cathode)為題發表于《自然通訊》(Nat. Commun.)。
聚合物基固態電解質（solid polymer electrolytes, SPEs）是克服液態金屬離子電池安全問題并提升能量密度的潛在方案。然而，非反應性陰離子遷移導致SPEs的電流負載能力受到嚴重限制，使電池循環壽命急劇下降。對于離子遷移受限的無溶劑固態電解質體系，增強離子運動與能量轉化過程相關性的策略具有關鍵作用。

受陰離子參與液體/凝膠系統電極反應的啟發，西安交通大學化學學院丁書江教授團隊提出一種構建先進全固態電池的新型集成策略。團隊采用陰離子受體材料聚乙烯二茂鐵(polyvinyl ferrocene, PVF)作為正極，聚合物鏈上的二茂鐵單元促使Li+與陰離子共同作為有效的電荷載體（圖1）。由于具有高效的離子利用率，與常見的固態電解質（PEO-LiTFSI)匹配的Li||PVF電池表現出優異的倍率性能。在100 μA cm-2 時具有107 mAh g-1的放電比容量，并在1000 μA cm-2下具有62.9%的容量保持；陰離子參與電極反應削弱了濃差極化對陽極的劣化的影響，構建的固態電池在300 μA cm-2下能夠穩定循環超過4000次（圖1）。該工作為先進聚合物基固態電池的設計構建提供了新思路。
圖1 陰離子受體正極聚乙烯基二茂鐵（PVF）的制備及Li||PVF電池的循環和倍率性能
以上工作以《以陰離子受體正極材料擴展聚合物固態電解質中的有效載流子》(Expanding the active charge carriers of polymer electrolytes in lithium-based batteries using an anion-hosting cathode)為題發表于《自然通訊》(Nat. Commun.)。該論文第一作者為西安交通大學化學學院博士生孫宗杰，化學學院郗凱教授為文章的共同第一作者。
丁書江教授團隊近年來一直致力離子導電聚合物的設計及應用，前期工作已在《材料化學A》（Journal of Materials Chemistry A）和《納米能源》（Nano Energy）等國際期刊上發表。
文章鏈接地址：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30788-5
參考資料：http://news.xjtu.edu.cn/info/1004/185411.htm


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