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近日，材料与能源学院唐武教授团队在国际高水平期刊《自然·通讯》上发表了题为“Single organic electrode for multi-system dual-ion symmetric batteries”的研究论文，报道了一种可用于多系统双离子对称电池的双极型有机小分子电极材料。电子科技大学材料与能源学院为第一完成单位，博士研究生李汶俊为论文第一作者，材料与能源学院唐武教授、王焱教授、樊聪副教授及四川长虹电子（集团）有限公司新能源材料实验室高剑研究员为论文共同通讯作者。
与依赖锂矿资源的无机正极材料不同，有机电极材料由于其独特的优势而受到越来越多的关注。然而目前已报道的大部分有机电极材料在电解液中存在严重的溶解问题，无法实现对不同离子不加区分的存储，阻碍了有机电极材料在电池中的进一步应用。
针对此问题，研究团队设计合成了一种名为二喹喔啉并[2,3-a:2'，3'-c]吩嗪-2,6,10-三（吩恶嗪）（DQPZ-3PXZ）的双极型有机小分子电极材料。基于二喹喔啉并[2,3-a:2'，3'-c]吩嗪（DQPZ）和吩恶嗪（PXZ）构建的大π共轭结构，DQPZ-3PXZ在大多数有机溶剂中显示出较好的不溶性。通过循环伏安法（CV）、红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）以及X射线衍射图谱（XRD）等证实了DQPZ-3PXZ可以不加选择地稳定容纳5种不同电荷和大小的离子（Li+、Na+、K+、PF6-和FSI-）。在Li/Na/K基半电池中，DQPZ-3PXZ可以分别提供257/243/253mAh g-1的峰值放电容量和609/530/572Wh kg-1的峰值能量密度；同时用其构建了Li/Na/K基双离子对称电池，该类电池通过第一次充电过程即可激活。
DQPZ-3PXZ的反应机理及双离子对称电池循环性能示意图
更引人注目的是，基于大π共轭的稳固有机固体结构抑制了DQPZ-3PXZ在电解液中的溶解，所有对称电池均具有超过15000次的循环寿命，且不会出现明显的容量衰减。特别对于K基双离子对称电池，显示出91000次循环的超稳定和超长寿命。该研究成果证明了有机电极材料具备“单分子储能”的能力，并为有机电极材料的商业化应用奠定了基础。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53803-3
编辑：罗莎 / 审核：李果 / 发布：陈伟
