最新EES: 3D周期性聚酰亚胺纳米网络，实现超高速率和可持续储能

具有氧化还原活性基元的有机分子是下一代可持续储能电极的研究热点。尽管目前氧化还原活性分子的设计已经取得了重大进展，但高电化学活性、稳定性以及快速充电的快速动力学要求，需要不断研究有机电极三维(3D)结构的设计方法。

在此，韩国科学技术院（KAIST）Seokwoo Jeon, Il-Doo Kim以及美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校（UIUC）Paul V. Braun等人报道了一种用于实现3D双连续纳米网络（3D PIN/Ni）的光刻制造策略，该技术重复性好、可扩展性强。该网络由周期性多孔Ni支撑的氧化还原活性聚酰亚胺层（孔半径<300 nm）组成，为电子和离子传输提供高导电通路。

图1. 锂化/脱锂过程中CV曲线和Nyquist图的电化学变化

通过结构工程，Ni具有优异的硬度、电化学稳定性和高导电性（1.43×107 S m^-1），3D Ni提供了用作有机电极材料载体所需的各种性能的必要组合。

采用聚酰亚胺基多羰基聚合物纳米粒子（PIN）作为有机电活性材料，其电解质溶解度低，理论容量高（1460 mAh g^-1）。

通过这种3D结构负极中几乎所有不饱和C=C键的超锂化，实现了1260 mAh g^-1的高可逆容量，在10C倍率下250次循环后容量保持率为82.8%。

这项研究首次在高达400C倍率下实现了有机负极的锂离子存储，容量为664 mAh g^-1/2810 mAh cm^-3），超过了快充混合动力电动汽车的目标线（半电池级别容量为1000 Wh kg^-1/1500 Wh L^-1），为高性能有机电池开辟了新的工程机会。

图2. 3D PIN/Ni与商业有机负极的性能比较

3D periodic polyimide nano-networks for ultrahigh-rate and sustainable energy storage, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01739J