可穿戴智能設備是未來科學與社會進步的重要標誌之一, 也是國家的重大戰略需求, 其長久的續航能力依賴於高性能的柔性儲能電池. 針對如何提高電極材料的柔性和容量這一科學問題, 在中國科學院院士李玉良的指導下, 中科院青島生物能源與過程研究所新型能源碳素材料團隊與中科院化學研究所合作, 研發了一種石墨炔基分子材料, 改變了傳統的電池材料觀念, 實現了高性能柔性電池的製備. 該研究工作具有很高的原創性, 線上發表在Nature Communications上.
石墨炔材料由於其奇特sp雜化的電子結構和自然形成的超大孔洞結構, 對電子, 離子以及物質的輸運具有關鍵作用, 表現出來的性質是其它材料不可替代的. 對於高性能器件的製備, 特別是可穿戴器具有重要的科學研究意義, 被認為是下一代能源, 光電, 催化和微電子等器件的關鍵材料, 受到國際上的高度關注. 科研人員在前期石墨炔研究工作的基礎上, 改變傳統觀念, 創新性的發展了以石墨炔材料為基礎的交叉學科研究, 注重石墨炔能量和結構問題, 考慮石墨炔的超大π體系和天然的離子傳輸孔道, 利用氫取代炔鍵, 改善了石墨炔離子傳輸的分子孔道直徑, 增加了儲存金屬離子的活性位點, 實現了材料的柔性和高容量的儲鋰, 儲鈉能力, 從分子水平上解釋了石墨炔導電骨架的自轉換和鋰, 鈉離子的嵌入脫出過程的關聯, 建立了新概念, 解決了這一領域的一些重要科學問題, 獲得了性能優異的電化學儲鋰, 鈉性能, 理論計算結果證實了上述實驗結果和理論分析過程的一致性. 尤其是該材料在鈉離子電池的測試研究中所展現的電化學儲鈉能力在同類材料中具有領先地位, 完全可能成為新一代高性能, 柔性儲能電池, 為我國未來電化學儲能器件的研究帶來了新視角和新理念, 將積極地推動我國十三五新能源和新材料研究規划進展.
研究工作獲得了國家自然科學基金重大項目和面上項目, 中科院前沿科學研究計劃, 中科院 '百人計劃' 以及自然科學基金山東省傑出青年基金等的支援.
