陕师大何晓明团队ACS Nano：通过自组装构建萘二酰亚胺衍生纳米结构正极用于高性能钠有机电池

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前言回顾

钠离子电池（SIBs）由于具有钠资源丰富、安全性高等优点，被认为是下一代先进大型储能系统的有力候选者之一。与的锂离子电池（LIB）相比， SIBs的技术仍处于早期阶段，并且在使用无机过渡金属氧化物中也遇到了一些障碍。这些刚性和无弹性的无机电极是离子半径为1.02 Å的Na+的不良宿主，从而导致实际速率较差和容量快速衰减。除了这一问题之外，这些材料的提取和处置也存在严重的环境问题。这就促使研究人员需要搜寻更佳的钠宿主材料。在此情况下，对环境无害且具有机械弹性的电极材料则备受关注。

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文献简介

基于此，陕西师范大学化学化工学院的何晓明等人利用自组装策略，合成了基于N，N′-二羟基萘二酰亚胺二钠盐（NDI-ONa）的纳米结构的阴极，最终制备出了具有高性能的钠有机电池（SOB）。通过在水性环境中加工，双亲分子可以形成高度均匀的一维纳米结构。这种具有奇特纳米结构的NDI-ONa电极显著地促进了离子和电子传输，并产生了出色的SOB性能。当用作SOB的阴极时，它显示出约171 mAh g–1的高可逆容量，出色的倍率性能（在 5 A g-1条件下，容量为1153 mAh g–1）以及长期稳定的循环性，同时，在 3 A g-1条件下循环 20000 次后，其容量依旧可以达到93%的保持率。此外，在低温条件下在没有负载导电添加剂的情况下运行的SOBs，均能保持良好的电化学性能。这超过了许多传统的有机电极材料所表现出的性能，并且其高容量也打破了所报道的基于NDI SOB的记录。

图1. (a) 蒸发诱导NDI-ONa自组装的示意图; (b)  SEM、(c)TEM和（d）NDI-ONa在水中的自组装纤维结构中的C、O、N和Na的元素图谱; (e) 提出的超分子结构

图2. (a) 纳米结构NDI-ONA（SA）电极的制造; (b−d) NDI-ONA（SA）和NDI-ONA（PVDF）电极的SEM图像; (e) NDI-ONA（SA）和NDI-ONA电极（PVDF）以及NDI-ONA粉末的XRD光谱; (f) 在循环之前NDI-ONA（SA）和NDI-ONA（PVDF）电极的EIS光谱和（g）Na+扩散系数（DNa+）值

图3. 导电碳含量对NDI-ONa（SA）电极SOB性能的影响

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文献总结

总之，该课题组公开了NDI-ONa作为高性能SOB阴极材料的结构设计和形态优化，其均匀的纤维纳米结构已被证明能够极大地促进离子和电子传输。当NDI-Ona被用作SOB的阴极材料时，NDA-ONa（SA）表现出了171 mAh g−1的高比容量（在0.05 A g−1时），并表现出了153 mAh g–1的优异速率性能（在5 A g−1时表）。此外，在3 A g−1的高速率下，实现了20000次的优异循环性能，并达到了93%的容量保持率，超过了先前报道的所有的SOBs有机阴极。优异的离子和电子传输使NDA-ONa（SA）在低温以及无碳添加剂的条件下也具有良好的性能。相关研究成果发表于国际知名期刊《ACS Nano》，题为“Construction of Naphthalene Diimide Derived Nanostructured Cathodes through Self-Assembly for High-Performance Sodium−Organic Batteries”。

本文关键词：自组装；纳米结构电极；萘二亚胺；钠有机电池；一维

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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