研究人員開發新型有機陰極材料 用於新一代儲能設備

現代世界越來越依賴儲能設備時，實施可持續電池技術變得越來越重要，這種技術對環境更友好，易於處置，只依賴豐富的元素，而且價格便宜。Skoltech研究人員一份新報告描述了一種用於新一代儲能設備的有機材料 ，其結構遵循優雅的分子設計原則。該報告最近發表在《ACS能源應用材料》雜誌上，併成為該雜誌的封面報道。

有機電池是實現這種目的的理想候選者。每質量單位存儲大量能量的有機陰極材料可以快速充電，經久耐用，同時容易大規模生產，但仍未得到開發。為了解決這個問題，來自Skoltech的研究人員提出了一種簡單的氧化還原活性聚酰亞胺。它是通過加熱一種芳香族二酐和偏苯二胺的混合物合成的，這兩種試劑都很容易獲得。該材料在各種類型的儲能裝置中顯示出有希望的特性，如鋰、鈉和鉀基電池。它具有較高的比容量（高達約140 mAh/g），相對較高的氧化還原電位，以及良好的循環穩定性（高達1000次）和快速充電能力（<1分鐘）。

這種新材料的能量和功率輸出優於其先前已知的異構體，後者來自於對苯二胺。首先，它有更小的顆粒和更高的表面積，這使得電荷載體更容易擴散。其次，聚合物中相鄰的酰亞胺單元的空間排列允許金屬離子在能量上更有利地結合，這增加了氧化還原電位。

研究人員提出的是電池聚酰亞胺新分子設計原理，它是使用芳香族分子和間位氨基作為構建塊。長期以來，科學家們對這種結構基序的研究很少，而是使用對苯二胺或類似的結構來代替。現在這項研究成果為理解如何在分子水平上設計電池聚酰亞胺提供了很好的提示，它可能會導致具有更好特性的陰極材料。