岭南师范学院陈耀光、中山大学章自寿团队 CEJ：多功能自由基聚合物粘结剂构筑高功率高能量密度有机/无机杂化电极

2024-01-26 来源：高分子科技

功率和能量密度是高性能电极材料的两大性能指标。柔性自支撑电极和厚电极是提高电极能量密度的有效手段；而导电粘结剂和自由基聚合物已被证明能显著提升电极的功率密度。但如何兼顾功率和能量密度是电极技术面临的重要挑战。

图1 柔性自支撑PETM/LFP/SWNT电极的构筑、PETM的储能机理及其对LFP充电过程的协同机制

近期，岭南师范学院陈耀光博士和中山大学章自寿副教授团队提出以自由基聚合物PETM为多功能粘结剂，磷酸铁锂LFP为储能活性成分和碳纳米管SWNT为导电骨架，通过溶液成膜法构筑柔性自支撑PETM/LFP/SWNT电极，实现了快速充放电性能（20 C下的2000次长循环）；同时通过构筑柔性自支撑厚电极，实现了高达202 mA h cm^-3的能量密度。该研究充分利用自由基聚合物PETM侧链上多种官能团而赋予的多功能特性。大量羧基对LFP有强的粘结力，-CH2-与SWNT存在大量CH-π相互作用，而TEMPO自由基具有储能特性且对LFP的充电过程具有协同作用。因而基于PETM的PETM/LFP/SWNT电极表现出良好柔性、机械强度和优异的电化学性能，实现了高功率和高能量密度。该工作系统研究PETM/LFP/SWNT电极的构效关系并深刻揭示了PETM的多功能特性，拓展了自由基聚合物的应用领域。该工作以“Multifunctional radical polymers-enabled rapid charge/discharge and high capacity for flexible self-standing LiFePO₄/PETM/SWNT hybrid electrodes”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（Chem Eng J, 2024, 149008）。该研究得到岭南师范学院和国家自然科学基金委的支持。

图2 PETM/LFP/SWNT电极的结构表征

图3 PETM/LFP/SWNT电极的电化学性能

图4 PETM/LFP/SWNT在软包电池的应用

该工作是团队近期关于自由基聚合物PETM的最新研究进展。自由基聚合物是一类具有自由基侧链的聚合物，具有充放电速度快、氧化还原电位高和绿色环保等优势，是一种有希望的有机活性材料。在过去，该团队已经系统研究了PETM的设计合成（Macromol. Rapid Comm., 2018, 39, 1800195）及其二元柔性自支撑复合电极PETM/SWNT的构筑与构效关系（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 13286-13297）。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724004935

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（责任编辑：xu）

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