新型二維柔性電極材料研制成功

22日，記者從中國(guó)科學(xué)院生物能源與過程研究所獲悉，在中國(guó)科學(xué)院院士李玉良的指導(dǎo)下，青島能源所黃長(zhǎng)水研究員帶領(lǐng)的碳基材料與能源應(yīng)用研究組首次設(shè)計(jì)合成了氟取代的石墨炔二維碳材料，應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，顯示出優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。相關(guān)成果已在線發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》上。

隨著可穿戴智能設(shè)備以及可植入醫(yī)療器械的發(fā)展，具有高能量密度、功率密度以及長(zhǎng)循環(huán)壽命的柔性電池成為近年來研究的熱點(diǎn)。由于特有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，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致密的原子排布，這使得鋰離子在層間的傳輸遇到較大的位阻，從而導(dǎo)致較低的功率密度和能量密度。

該研究組在不同基底上制備石墨炔、氮摻雜石墨炔、石墨炔負(fù)載鐵。研究人員更是成功將氟原子引入石墨炔結(jié)構(gòu)當(dāng)中，制備得到新型碳基柔性電極材料，可極大推動(dòng)穿戴智能設(shè)備等所需柔性電池的發(fā)展。通過氟取代，使得石墨炔分子孔道擴(kuò)大，從而具有優(yōu)良的離子傳輸通道;同時(shí)，保留了石墨炔的基本框架和二維平面結(jié)構(gòu)中的共軛體系，使其材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和載流子傳輸特性;尤其是碳氟鍵具有優(yōu)良的循環(huán)儲(chǔ)鋰能力，不僅增加了材料的儲(chǔ)鋰位點(diǎn)，同時(shí)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，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性。

該成果為溶液法制備大面積性能優(yōu)異的柔性電極材料提供了研究思路，開創(chuàng)了新型儲(chǔ)能器件電極材料研究的一個(gè)新方向。