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2019年6月21日
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Nature Communications报道金钟课题组关于新型聚合物微粒“泥浆”电池的研究成果

近日,南京大学化学化工学院介观化学教导部重点实验室、江苏省先进有机材料重点实验室金钟教授带领的“干净能源材料与器件”研究团队在新型聚合物微粒“泥浆”电池方面取得进展,相干工作以“All-polymer particulate slurry batteries”为题发表在Nature Communications, 2019, 10, 2513上。论文链接: 。

快乐飞艇人工计划图1. 聚合物微粒“泥浆”电池的原理示意图。

随着可再生能源产业的发展,与之相匹配的储能技巧和产业受到高度器重。液流电池是大规模储能的最佳选择之一,具有储能规模大、循环寿命长、安全可靠等优势,但其发展受限于低能量密度和高成本。在液流电池氧化还原新系统的摸索中,有机物因其电化学性能可调控、起源丰富而备受关注。但是很多有机物存在溶解度低、化学牢固性差,易于产生副反响等问题,这些都制约了其在液流电池中的利用和发展。

快乐飞艇人工计划为懂得决上面的问题,金钟课题组设计了一种水系疏散的聚合物微粒“泥浆”电池。该聚合物泥浆电池采用可以产生多电子氧化还原反响、易于制备的聚对苯二酚和聚酰亚胺分辨作为电池的正极和负极活性材料,将聚合物制成微粒,均匀疏散在酸性水溶液中(图2)。高浓度的聚合物微粒“泥浆”打破了聚合物在水相溶液中的溶解限制,有效地拓宽了不溶性氧化还原可逆物质在液流电池中的利用。

快乐飞艇人工计划电化学分析测试表明聚对苯二酚和聚酰亚胺微粒能进行多电子的电化学氧化还原可逆反响,且扩散系数和电子转移速率常数与其他可溶性有机物相当(图3)。通过两种聚酰亚胺的对照,研究了官能团调控对于有机化合物电化学性能的影响,验证了有机电化学活性物质的结构多样性特点在液流电池利用中的优势。

快乐飞艇人工计划另一方面,该研究中用生物化学实验中常见的透析膜替代质子交换膜作为电池隔膜,利用透析膜的尺寸排阻效应,有效禁止了正极和负极活性物质的交叉污染,保证了电池的循环牢固性,并能够增进充放电过程中氢离子的快速传递(图4)。通过详细研究不同粒径的聚合物微粒对电化学性质及电池性能的影响,证明当高分子微粒的尺寸由几微米(2-5 μm)减小到几百纳米(500 nm)时,其微粒扩散和电荷传递得到提升,法拉第电流增大,电池测试中的活性物质容量利用率也随着微粒尺寸的减小而增长。

南京大学介观化学教导部重点实验室、理论与打算化学研究所马晶教授对该研究供给了理论打算方面的协助。该研究工作得到了国家重点研发打算、国家自然科学基金、江苏省精彩青年基金、江苏省双创人才打算等项目的援助。

快乐飞艇人工计划 (科学技巧处 摄影)

图2. 聚合物微粒的合成及粒径散布。

图3. 聚合物微粒悬浮液的电化学性质分析。

图4. 聚合物微粒泥浆电池的电池性能测试。

(化学化工学院 科学技巧处)

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