哈工大&浙大：首创聚苯胺负极，4800次循环后容量保持率92%
哈工大&浙大：首创聚苯胺负极，4800次循环后容量保持率92%
近日，哈尔滨工业大学（深圳）何思斯教授与浙江大学范修林研究员在国际顶级期刊《Nature Communications》发表重要研究成果，成功开发出一种高性能全聚合物水系电池。该电池采用创新的电解液设计和聚苯胺材料，展现出优异的电化学性能和循环稳定性，为可持续柔性能源存储技术开辟了新途径。
全聚合物水系电池因其易于加工、固有安全性和可持续性而备受关注，被认为是推动可穿戴电子产品发展的理想选择。然而，聚合物电极在水环境中的氧化还原产物稳定性问题一直是制约其性能提升的关键瓶颈。
针对这一挑战，研究团队提出了一种创新的电解液设计方案。通过调节溶剂化层并形成固态电解质界面，成功稳定了聚合物电极的氧化还原产物。以聚苯胺为例，这种材料具有独特的双重功能，既可以作为正极通过p掺杂机制工作，也可以作为负极通过n掺杂机制发挥作用。这一发现不仅开创了聚苯胺作为负极的应用先例，还显著提升了聚苯胺正极在水电解液中的高压稳定性。
实验结果显示，采用聚苯胺对称电极的全聚合物水系钠离子电池表现出卓越的电化学性能：容量高达139 mAh/g，能量密度达到153 Wh/kg。更令人印象深刻的是，该电池在经过4800次循环后，仍能保持92%的容量，展现出极高的循环稳定性。
图1：电解液设计和水合结构
图2：电化学性能与固态电解质界面
此外，研究团队还展示了这种全聚合物电池在柔性应用方面的潜力。如图3所示，大规模制备的柔性全聚合物钠水电池不仅具有优异的柔韧性，还具备良好的可回收性，为可持续可穿戴能源存储技术的发展提供了新的思路。
图3：柔性全聚合物钠水电池
这项研究不仅在科学上取得了重要突破，更为未来可穿戴电子设备的能源解决方案开辟了新路径。通过创新的电解液设计和聚苯胺材料的应用，研究团队成功克服了全聚合物水系电池性能提升的关键瓶颈，为实现可持续、高性能的柔性能源存储技术奠定了坚实基础。
文献信息
Hong, Y., Jia, K., Zhang, Y. et al. Energetic and durable all-polymer aqueous battery for sustainable, flexible power. Nat Commun 15, 9539 (2024).