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前方高能，前景聚能：當(dāng)鋰電池邂逅分子聚集態(tài)科學(xué)
來源：天津大學(xué) 2022-10-12
導(dǎo)讀：近日，天津大學(xué)李振教授團(tuán)隊(duì)和楊全紅教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合通過巧妙的分子設(shè)計(jì)，獲得了一系列具有不同柔韌性和對(duì)稱性的有機(jī)小分子，并通過這些小分子展示了材料的多級(jí)結(jié)構(gòu)(單分子化學(xué)組成、分子構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu))對(duì)有機(jī)電池性能的深刻影響。
作為各種電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的主要儲(chǔ)能設(shè)備，可充電鋰電池近年來經(jīng)歷了爆發(fā)式發(fā)展，其中，電池正極材料尤為重要。當(dāng)前，電池中使用的無機(jī)材料成本高、地理分布不均和稀缺性已經(jīng)對(duì)電池行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生了瓶頸，尤其是那些含有鈷、鎳和其他重金屬元素的無機(jī)材料更是問題重重。從能源安全和可持續(xù)發(fā)展的角度來看，開發(fā)可替代無機(jī)正極材料的有機(jī)材料不僅具有科學(xué)意義，還具有巨大的商業(yè)價(jià)值?？沙潆娪袡C(jī)正極材料因其可持續(xù)性強(qiáng)、成本效益高和電化學(xué)性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)勢(shì)而在鋰電池中受到越來越多的關(guān)注。理論上，通過目標(biāo)元素取代或官能團(tuán)取代很容易提高充放電電壓平臺(tái)并增加電池的可逆容量。但實(shí)際上，有機(jī)分子的設(shè)計(jì)性在電池性能提升方面并沒有得到完全體現(xiàn)，特別是充放電容量、電位間隙、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能仍遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。圖1 蛋白質(zhì)和有機(jī)小分子正極的多級(jí)結(jié)構(gòu)針對(duì)上述問題，一項(xiàng)由李振教授團(tuán)隊(duì)和楊全紅教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成的工作為大家提供了一個(gè)嶄新的思路。在這項(xiàng)工作中，受蛋白質(zhì)多極結(jié)構(gòu)影響其生化活性這一事實(shí)的啟發(fā)，研究人員通過巧妙的分子設(shè)計(jì)，獲得了一系列具有不同柔韌性和對(duì)稱性的有機(jī)小分子，并通過這些小分子展示了材料的多級(jí)結(jié)構(gòu)(單分子化學(xué)組成、分子構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu))對(duì)有機(jī)電池性能的深刻影響。相關(guān)研究以“The key role of molecular aggregation in rechargeable organic cathodes”為題發(fā)表在Cell Press細(xì)胞出版社旗下期刊Matter（Matter 2022, DOI: 10.1016/j.matt.2022.09.008）上。論文共同第一作者為天津大學(xué)-新加坡國立大學(xué)福州聯(lián)合學(xué)院在站博士后王雲(yún)生和天津大學(xué)2019級(jí)博士生張偉超，共同通訊聯(lián)系人為楊杰副研究員、張俊博士、楊全紅教授和李振教授。參考資料：http://news.tju.edu.cn/info/1012/62688.ht
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