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喬世璋JACS：穩(wěn)定多相轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)超低溫有機(jī)鈉電池

有機(jī)電池具有天然豐富、低成本的電極材料，與靈活的分子結(jié)構(gòu)和表面控制反應(yīng)相關(guān)的快速動(dòng)力學(xué)等優(yōu)勢(shì)。然而，由于電極的動(dòng)力學(xué)性能較差，在超低溫條件下運(yùn)行充電電池是一個(gè)重大的實(shí)際問(wèn)題。

在此，阿德萊德大學(xué)喬世璋團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了穩(wěn)定的多相轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)超低溫有機(jī)鈉電池的快速動(dòng)力學(xué)和長(zhǎng)期耐久性。具體而言，作者將玫瑰紅酸鈉有機(jī)電極與單層氧化石墨烯結(jié)合在一起，避免了有機(jī)自由基中間體的消耗，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的有機(jī)電極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在-50 ℃時(shí)的容量高達(dá)130 mAh g^-1。

結(jié)果顯示，與普魯士藍(lán)類似物相結(jié)合的全電池在-40 ℃條件下具有大于 7000 次循環(huán)的優(yōu)異穩(wěn)定性，同時(shí)在300 mA g^-1的高電流密度下保持101 mAh g^-1的放電容量。這是非水系電池中超低溫性能最好的電池之一，特別是該種軟包電池在零下 50 ℃ 的條件下仍能持續(xù)供電。

圖1. 超低溫鈉儲(chǔ)存特性

總之，該工作將納米級(jí)玫瑰紅酸鈉作為有機(jī)電極，其在-50 ℃的超低溫條件下表現(xiàn)出驚人的鈉儲(chǔ)存性能。獨(dú)特的多相固-液-固轉(zhuǎn)換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了快速動(dòng)力學(xué)。通過(guò)利用與GO的π電子相互作用，nDSR電極內(nèi)自由基中間體的氧化還原反應(yīng)活性和穩(wěn)定性得到了調(diào)節(jié)。Na||nDSR*π 半電池在-50 ℃時(shí)顯示出130 mAh g^-1的高容量。

重要的是，nDSR*π||PBA 全電池表現(xiàn)出超長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性，在-40 ℃條件下，經(jīng)過(guò)7000次循環(huán)，仍能保持101 mAh g^-1的穩(wěn)定容量輸出。據(jù)報(bào)道，這是鈉離子電池中超低溫性能最好的一種。

圖2. 在-50 ℃下的全電池軟包性能

Establishing Exceptional Durability in Ultralow-Temperature Organic-Sodium Batteries via Stabilized Multiphase Conversions, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c11931

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