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有機電極材料由于其結構多樣性和電化學性能可調的特點，近年來受到了廣泛的關注，有望在新一代電池技術中得到廣泛的應用。根據電化學反應機理可以將有機電極材料分為n型，p型和雙極型。盡管n型電極材料已被應用于各種金屬離子電池，但其電壓較低，循環性能較差。與之相反，p型電極材料能提供更高的電壓平臺和能量密度，但目前大多數p型材料的比容量較低。因此，設計合成高容量的p型材料對于高性能有機電極材料的發展具有重要意義。

黃曉宇研究員和李永軍副研究員報道了一種含有二甲基吩嗪(DMP)的p型有機電極材料：聚乙烯基二甲基吩嗪(PVDMP)。這種聚合物可以發生兩電子氧化還原反應，電壓平臺高(3.0/3.6 V vs. Li/Li⁺)，理論比容量高達227 mAh g^-1，并且在電解液中的溶解性極低。

圖1. 聚(乙烯基二甲基吩嗪)p-型有機電極材料的離子選擇性電化學行為示意圖

充放電過程中，PVDMP的側基可發生兩個連續的氧化還原反應，同時伴隨著陰離子的嵌入與脫出以保持電中性，從而實現電荷的儲存。因此，陰離子的選擇對PVDMP的電荷存儲能力有重要的影響。作者通過電化學研究發現PVDMP的氧化還原反應對陰離子具有選擇性，并利用耗散型電化學石英晶體微天平(EQCM-D)技術揭示了PVDMP在氧化還原反應中的陰離子摻雜機制。以PVDMP為正極有機鋰離子電池在優化的電解液體系中具有優異的倍率性能和循環穩定性，循環接近4000次仍能保持穩定的容量。該研究得到國家自然科學基金(51825304, U22A2013, 52273086)和上海市科委(22520711700, 21520780100, 20ZR1469000)的支持。

圖2. 聚(乙烯基二甲基吩嗪)p-型有機電極材料的電荷存儲性能表征：(a)充放電曲線；(b)循環伏安曲線；(c)倍率性能；(d)循環性能；(e)與已報道的材料性能比較。

該工作是團隊關于有機電極材料研究的最新進展。過去的工作中，黃曉宇研究員和李永軍副研究員圍繞高性能有機電極材料的開發和應用開展了系列研究(J. Mater. Chem. A 2022, 10, 10026; J. Power Sources 2021, 483, 229136; J. Power Sources 2021, 511, 230363; ChemSusChem 2021, 14, 3858; Chem. Rec. 2020, 20, 1198; Nanoscale 2019, 11, 5330)，為新型有機電極材料的發展提供了新思路。