近日，江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室蒋加兴教授联合陕西师范大学张崇博士以及俄勒冈州立大学纪秀磊教授在有机-铝双离子电池领域取得重要研究进展。相关成果以"Regulating the Double-Way Traffic of Cations and Anions in Ambipolar Polymer Cathodes for High-Performing Aluminum Dual-Ion Batteries"为题发表在国际顶级期刊Advanced Materials,2024,2406106(中科院一区，IF=27.4)，这是我校新能源材料学科在国际材料研究领域取得的又一重要突破，对于推动我校一流学科的建设具有重要意义。
可充电铝电池（RABs）因其低成本、容量高、易回收性、环境稳定性以及使用不易燃的氯化铝基离子液体电解质等优势，在可持续固定式能量存储领域具有广阔的发展潜力。然而，铝离子（Al3+）与无机晶体正极材料之间的强库仑相互作用导致铝离子在正极中的扩散动力学缓慢和结构不稳定，这限制了高性能可充电铝电池的开发。基于此，我院蒋加兴教授团队通过设计具有供体-受体（D-A）结构的交联共轭聚合物，并合理选择供体、受体单元，使供体和受体单元之间的氧化还原电位部分重叠，使聚合物骨架在电荷存储过程中能够原位掺杂到供体和受体单元，从而提高其氧化还原活性和快速动力学性能。实验证明，由吩噻嗪（PTZ）供体和蒽醌（AQ）受体组成的双极聚合物PPTZ-AQ表现出优异的电化学性能，包括205 mAh g−1的高比容量、优异的倍率性能（在15 A g−l下为160 mAh g-1）、超长的循环稳定性（在6万次循环后保持78.4%）以及在100 mg cm−2高质量负载下17 mAh cm−2的高面积容量。这项研究证明了通过合理设计聚合物结构，可以显著提升铝双离子电池的性能，为开发具有高电子和离子传导性的高性能有机正极材料提供了新的方向。
图1：不同给体和受体单元的氧化还原峰电位范围，制备聚合物PAQ、PPTZ以及PPTZ-AQ的分子结构、氮气吸附等温线、紫外-可见吸收光谱和循环伏安曲线。
图2. PAQ、PPTZ和PPTZ-AQ聚合物正极的电化学性能。