有机电极材料是可持续和大规模储能的有希望的候选材料。然而，低氧化还原稳定性和在电解液中的高溶解度导致的短寿命严重阻碍了其应用。六氮杂萘（HATN）是一种流行的具有高理论容量的有机正极材料，也面临着这个问题。
在此，北京理工大学王博教授、李鹏飞副研究员及华中科技大学谢佳教授等人首次将化学稳定的醚键与HATN单元结合，合成了超稳定的基于HATN的共价有机骨架（COF）HATN-HHTP正极。
与其构建单元相比，HATN-HHTP在不同有机电解液中的溶解度受到明显抑制，因此电极可以在正常浓度（~1 M）的普通电解液中稳定循环。通过将碳纳米管（CNT）与COF结合所获得的HATN-HHTP@CNT正极在碱金属离子电池（LIB、NIB 和KIB）中实现了接近其理论值的放电容量（231 mAh g-1），这是因为活性位点的充分暴露和增强的电子电导率。基于HATN-HHTP@CNT的高赝电容贡献和稳定的框架结构，LIB实现了超长的循环寿命（4100小时，100% 容量保持率），优于HATN正极。
图1. HATN-HHTP@CNT在LIB中的电化学性能
除此之外，利用固有的可接近多孔结构，HATN-HHTP@CNT还展示了其在多价（Mg和Al）可充电电池中的活性。其中，可充电镁电池（RMB）在20 mA g-1下的容量为116 mAh g-1，在持续150次循环（~1500 h）后容量保持率为83.5%；可充电铝电池（RAB）可在100 mA g-1下循环350次（~700 h）后保持80% 的初始容量，进一步证明HATN-HHTP@CNT是一种通用正极。
作者通过DFT计算、FTIR光谱、XPS和EDS探索了几种电池系统的详细机制，证明了优异的性能主要来源于以下因素的贡献：（1）吡嗪位点对COF的电化学活性和（2）醚键对COF的结构稳定性。因此，超稳定且通用的HATN-HHTP@CNT正极为实现可靠和大规模的能量存储打开了新的大门。
图2. HATN-HHTP@CNT在RMB、RAB中的性能
A Stable Covalent Organic Framework Cathode Enables Ultra-Long Cycle Life for Alkali and Multivalent Metal Rechargeable Batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.033
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