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前方高能，前景聚能：當鋰電池邂逅分子聚集態(tài)科學
來源：天津大學 2022-10-12
導讀：近日，天津大學李振教授團隊和楊全紅教授團隊聯(lián)合通過巧妙的分子設(shè)計，獲得了一系列具有不同柔韌性和對稱性的有機小分子，并通過這些小分子展示了材料的多級結(jié)構(gòu)(單分子化學組成、分子構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu))對有機電池性能的深刻影響。
作為各種電子設(shè)備和電動汽車的主要儲能設(shè)備，可充電鋰電池近年來經(jīng)歷了爆發(fā)式發(fā)展，其中，電池正極材料尤為重要。當前，電池中使用的無機材料成本高、地理分布不均和稀缺性已經(jīng)對電池行業(yè)的進一步發(fā)展產(chǎn)生了瓶頸，尤其是那些含有鈷、鎳和其他重金屬元素的無機材料更是問題重重。從能源安全和可持續(xù)發(fā)展的角度來看，開發(fā)可替代無機正極材料的有機材料不僅具有科學意義，還具有巨大的商業(yè)價值。可充電有機正極材料因其可持續(xù)性強、成本效益高和電化學性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)勢而在鋰電池中受到越來越多的關(guān)注。理論上，通過目標元素取代或官能團取代很容易提高充放電電壓平臺并增加電池的可逆容量。但實際上，有機分子的設(shè)計性在電池性能提升方面并沒有得到完全體現(xiàn)，特別是充放電容量、電位間隙、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能仍遠未達到預(yù)期。圖1 蛋白質(zhì)和有機小分子正極的多級結(jié)構(gòu)針對上述問題，一項由李振教授團隊和楊全紅教授團隊聯(lián)合完成的工作為大家提供了一個嶄新的思路。在這項工作中，受蛋白質(zhì)多極結(jié)構(gòu)影響其生化活性這一事實的啟發(fā)，研究人員通過巧妙的分子設(shè)計，獲得了一系列具有不同柔韌性和對稱性的有機小分子，并通過這些小分子展示了材料的多級結(jié)構(gòu)(單分子化學組成、分子構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu))對有機電池性能的深刻影響。相關(guān)研究以“The key role of molecular aggregation in rechargeable organic cathodes”為題發(fā)表在Cell Press細胞出版社旗下期刊Matter（Matter 2022, DOI: 10.1016/j.matt.2022.09.008）上。論文共同第一作者為天津大學-新加坡國立大學福州聯(lián)合學院在站博士后王雲(yún)生和天津大學2019級博士生張偉超，共同通訊聯(lián)系人為楊杰副研究員、張俊博士、楊全紅教授和李振教授。參考資料：http://news.tju.edu.cn/info/1012/62688.ht
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