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魯汶大學ACS Energy Lett.: 用于高性能鈉/鉀離子電池的高壓有機框架

有機金屬離子電池領域仍然面臨缺乏高壓堿金屬陽離子儲層正極材料的挑戰。盡管最近的一些突破為鋰離子存儲提供了有價值的解決方案，但實現具有高電壓和環境穩定性的鈉離子和鉀離子有機存儲仍然難以捉摸。

在此，比利時魯汶大學Alexandru Vlad等人證明了多功能苯-1,2,4,5-四甲基磺酰胺（PTtSA）四陰離子骨架在堿金屬陽離子存儲方面表現出通用性能。新合成的Na₄-PTtSA和K₄-PTtSA相在氧化還原電位分別為2.5 V vs Na⁺/Na和2.6 V vs K⁺/K 時，每個分子式單元可逆地交換兩個Na⁺或K⁺當量且具有優異的循環穩定性和功率性能。

在對Li₄-vs Na₄– vs K₄-PTtSA衍生物的系統研究中，可以確定對氧化還原性能有直接影響的結構順序和電荷定位趨勢。其中，有機電池材料的高本征電導率幾乎沒有被研究過，它能夠實現快速的動力學、充分的材料利用和低電極極化，這些在實際電池材料的利用中備受關注。

圖1. Li₄-PTtSA、Na₄-PTtSA和K₄-PTtSA系列的比較分析和相關性

基于這些獨特的特性，作者組裝了第一款基于氮氧化還原的有機鈉離子全電池，其輸出電壓為1.15 V且具有良好的5C倍率性能和出色的循環穩定性。與經過數十年的廣泛研究、開發和優化的無機正極相比，第一代PTtSA正極已經展現出良好的電化學前景，還有很大的探索和改進空間。

總體而言，這項研究不僅豐富了新興的高壓鈉/鉀離子電池有機正極材料庫，還豐富了用于下一代儲能的堿離子化學、電池和設備的知識。這項工作為堿離子有機正極領域開辟了新的途徑，突出了有機材料在堿金屬陽離子存儲方面的多功能性。

圖2. 基于氮氧化還原的有機鈉離子全電池

A High-Voltage Organic Framework for High-Performance Na- and K-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c0257

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