隨著可穿戴智能設備以及可植入醫療器械的發展, 具有高能量密度, 功率密度以及長迴圈壽命的柔性電池成為近年來研究的熱點. 由於特有的結構優勢, 二維材料成為理想的柔性電極材料. 然而, 目前已知的二維電極材料往往具有緻密的原子排布, 這使得鋰離子在層間的傳輸遇到較大的位阻, 從而導致較低的功率密度和能量密度.
近期, 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研究員黃長水帶領的碳基材料與能源應用研究組首次設計合成了氟取代的石墨炔二維碳材料, 應用於鋰離子電池負極, 顯示出優異的電化學儲能性能. 相關成果已線上發表於Energy & Environmental Science.
該研究組近期報道了在不同基底上製備石墨炔 (Chemical Communications, 2018, 54, 6004) , 氮摻雜石墨炔 (Carbon, 2018, 137, 442) , 石墨炔負載鐵 (2D Materials, 2018, DOI: 10.1088/2053-1583/aacba5) . 研究人員更是成功將氟原子引入石墨炔結構當中, 製備得到新型碳基柔性電極材料, 將極大地推動穿戴智能設備等所需柔性電池的發展. 如圖所示, 通過氟取代, 使得石墨炔分子孔道擴大, 在AB堆積下也具有優良的離子傳輸通道; 同時, 保留了石墨炔的基本框架和二維平面結構中的共軛體系, 使其材料具有優異的導電性和載流子傳輸特性; 尤其是碳氟鍵具有優良的迴圈儲鋰能力, 不僅增加了材料的儲鋰位點, 同時碳氟鍵與電解液具有很好的相容性, 可以大大降低界面阻抗, 從而提高迴圈穩定性. 該項研究結果為溶液法製備大面積性能優異的柔性電極材料提供了研究思路, 開創了新型儲能器件電極材料研究的一個新方向(Energy & Environmental Science, 2018, DOI: 10.1039/C8EE01642A).
該研究獲得了國家自然科學基金, 中科院前沿重點研究項目, 山東省自然科學基金傑出青年基金的支援.
圖: 氟取代石墨炔在柔性電池中的應用
