朱广山/王恒国AFM：循环超5000次！超稳定/高容量碱金属离子电池！

多孔芳香族骨架（PAFs）已经在各个领域引起了广泛的关注，然而对其在储能系统中应用的理解还处于起步阶段。

东北师范大学朱广山、王恒国等合成了一系列基于芴的PAFs，然后将其用作可充碱金属离子电池中阳离子宿主的有机负极材料。

图1. 芴基PAF-202、PAF-203和PAF-204的合成

在此，作者通过Friedel-Crafts反应设计并合成了一系列具有特制立体结构的芴基PAFs，它们具有无定形和丰富的芳香族框架。大量的特征分析和DFT计算表明，更多的微孔体积，更高的比表面积，特别是更多的自由基可以有利于有机框架的氧化还原活性和电化学性能。受益于多种因素的协同作用，最佳的PAF-202负极表现出超高的可逆容量、超稳定的循环性和卓越的锂离子电池的倍率能力。

图2. PAF-202的储锂性能

结果，作为锂离子电池的负极材料，最佳的PAF-202在0.05 A g^-1时具有1152 mAh g^-1的超高可逆容量，在20 A g^-1的情况下，经过5000次循环后具有95%的容量保持率，并且在10 A g^-1时具有286 mAh g^-1的非凡倍率能力。

此外，PAF-202还能显示出良好的钠/钾离子存储特性。总之，这些结果将拓宽设计功能导向多孔有机聚合物作为负极材料的视野，同时也为开发PAF基有机电极材料应用于储能系统铺平了道路。

图3. 理论计算

Bottom-Up Construction of Fluorene-Based Porous Aromatic Frameworks for Ultrahigh-Capacity and High-Rate Alkali Metal-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204539