500次循环后放电效率仍接近100% 高性能锂存储材料研究获突破

记者5月23日从云南大学了解到,该校材料与能源学院郭洪教授团队在共价有机框架新能源存储材料方面取得突破性进展,为开发低成本、持久循环稳定、高容量和可逆性充电电池的有机电极材料提供了一种新策略。国际著名期刊《先进功能材料》发表了这一成果。

当前,开发高性能、可持续的绿色电极材料对锂离子电池的发展至关重要。作为一种高性能的能量存储装置,锂离子电池已广泛应用于各类移动电源和其他可再生清洁能源载体上。

与传统无机化合物相比,共价有机框架是一类组分结构可设计、强稳定性的多孔晶态框架材料,因其功能性有机单元的框架结构展现出开放的离子和电子传输通道,近年来出现在电化学储存的舞台上。作为一种理想的锂储存电极材料,共价有机框架仍存在许多亟待解决的问题,如较低的氧化还原位点利用率,直接影响了其可逆储能容量。因此,如何精确设计原子层结构的共价有机框架分子结构,实现对材料结构层间或内部活性储锂位点的充分激发与利用,将对共价有机框架类材料在储能领域的应用开辟新的思路。

针对这些问题,课题组首次提出了羰基和氰基双重有效氧化还原位点修饰的原子层共价有机框架,并成功应用于锂离子电池正极材料中。他们在前期研究基础上,通过分子层面的设计,构建了独特的类花瓣二维原子层共价有机框架,具有较高的电化学动力学和结构稳定性。实验结果表明,引入原子层结构调控的羰基和氰基双活性位,可显著增强共价有机框架用作锂离子电池正极的电化学活性和容量。

课题组通过机械剥离的方法,将团簇状具有光导性的共价有机框架材料剥离,得到原子层共价有机框架材料。当其作为锂离子电池正极时,在200毫安时/克的电流密度下,经过500次循环,仍保持96毫安时/克的高容量,放电效率接近100%,原子层共价有机框架材料的电化学性能,优于最新报道的其他同类有机化合物。

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