​迈阿密大学ACS Nano：羰基和偶氮基聚合物正极用于低温钠离子电池

由于灵活的结构可调性和丰富的结构多样性，氧化还原活性聚合物是开发经济实惠且可持续的钠离子电池（NIB）的有前途的正极材料。然而，聚合物正极仍然存在容量低、循环寿命差和反应动力学缓慢的问题。

在此，美国迈阿密大学骆超团队设计并合成了一种聚合物正极材料，其重复单元中含有羰基和偶氮基团以及扩展共轭结构。这种聚合物正极在无电解质电池中表现出优异的电化学性能，包括高容量、长寿命和快速动力学。当与低浓度电解质结合使用时，它在低至 -50 °C 的低温条件下也能表现出良好的性能。

此外，作者利用拉曼光谱、X 射线光电子能谱和扫描电子显微镜研究了反应机理、相间结构和形态演变，证实了聚合物中的偶氮/羰基与 Na⁺/ 电子之间的可逆氧化还原反应、富含 NaF 的相间结构以及循环使用时的高结构稳定性。

图1. 聚合物正极结构表征

总之，该工作将PTAD用作室温和低温NIBs中的聚合物正极。其中羰基和偶氮基团在PTAD中作为活性中心，可以与Na⁺离子和电子进行多步可逆反应，从而产生高的可逆容量。PTAD中扩展的共轭结构使NGr与聚合物之间π-π堆积，增强了PTAD正极的电导率和稳定性。结果显示，PTAD正极在50 mA g^-1下具有206.7 mAh g^-1的高可逆容量，1500次的长循环寿命，以及在室温下的快充性能。

此外，当与低浓度电解质结合时，PTAD正极在0至- 50°C的低温下表现出卓越的性能。本研究利用拉曼光谱和XPS研究了PTAD正极的反应机理和界面化学，证实了偶氮/羰基与Na⁺离子/电子之间的氧化还原反应。因此，该工作通过设计双功能聚合物正极材料和低浓度电解质，为开发低温NIBs提供了一条有效的途径。

图2. 电池性能

A Carbonyl and Azo-Based Polymer Cathode for Low-Temperature Na-Ion Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c08860