重庆科技学院/青岛大学J. Electroanal. Chem.:丨4,4’-联苯二甲酸-钠离子电池负极材料

【导读】

随着锂离子电池的巨大需求与有限锂资源之间的矛盾日益突出，锂离子电池的开发更具挑战性。钠离子电池(SIBs)与锂离子电池具有相似的化学性质，但由于钠元素储量大且分布广泛，因此具有低成本的特点。在过去的十年里，许多科学家一直在关注传统无机电极材料的研发，如聚阴离子化合物、钠层状过渡金属氧化物、金属氧化物(硫化物和磷化物)和碳质材料。而无机电极材料主要依靠有限的矿产资源，通过过渡金属元素的氧化还原反应来储存钠离子。此外，无机电极材料的合成通常包括一些高能耗的工艺，如球磨、水热(溶剂热)处理和煅烧，这不利于SIB总成本的降低。因此，探索性能优越、储量大、合成工艺简单的新型SIB电极材料具有重要意义。

与传统无机电极相比，有机电极材料由C、H、O、N、S等轻元素组成，具有较高的理论比容量。有机电极材料往往来自储量大、分布广、易得的生物质，并且许多有机物可以通过成熟的工业工艺合成，从而适用于大规模制造和应用。因此，探索新型有机电极材料被认为是SIB研发的一种具有潜力的途径。

【成果掠影】

重庆科技学院陆世玉博士和青岛大学张琰博士研究了一种共轭芳香酸(4,4′-联苯二羧酸，H₂bpdc)在酯类和醚类电解质中的电化学储钠行为。其中，H₂bpdc在醚基电解质中由于经历了类似于从原始酸到钠盐的转化机制，使其表现出快速的反应动力学和展现出了280 mA h g⁻¹的高可逆容量。该研究将为有前途的有机电极材料的电化学储钠行为提供基础和新颖的见解，加速钠离子电池新材料的探索进程。重庆科技学院冶金与材料工程学院2020级本科生李思瑶、吴惠佳分别为该论文的第一作者和共同第一作者。该工作受到了国家级大学生创新创业训练计划(No. 202211551035)等经费的支持。

【图文解析】

图1 H₂bpdc的(a)XRD和(b)晶体结构

图2 (a, c) 扫速为1 mV s⁻¹的CV曲线; (b, d) 电流密度50 mA g⁻¹的充放电曲线（电压区间：0.01-2.5 V）(e) 100 mA g⁻¹电流密度下的长循环曲线; (f)不同电流密度下的倍率曲线。

图3 循环前及循环10圈后的(a, c) Nyquist 图和(b, d) Bode plots

图4 (a) H₂bpdc 在1 M NaPF₆ 二甘醇二甲醚中初始循环电压曲线 (b)不同充/放电电压下的非原位红外图 (c) H2bpdc的储钠机制图；

【文献信息】

Siyao Li , Huijia Wu, Chunjie Wu, Meng Jin, Huan Yi, Shi-Yu Lu*, Yan Zhang*, 4,4′-Biphenyldicarboxylic acid as an anode for sodium-ion batteries: Different electrochemical behaviors in ester and ether-based electrolytes. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2023: 117852.

【通讯作者简介】

陆世玉，博士/博士后，重庆科技学院校聘教授，研究生导师，入选第七届中国科协青年人才托举工程（科协资助，国家青年人才）。研究方向致力于电催化及高效储能关键电极材料的开发和设计，聚焦新能源高效转化和储存材料及机制研究，实现氢能源的高效稳定生产与利用器件及高能量密度离子电池的构建。先后在J. Am. Chem. Soc (IF=15.419), Adv. Mater (IF=30.849), Adv. Energy Mater. (IF=29.368), Adv. Funct. Mater. (IF=18.808), Nano Energy (IF=17.881), Appl. Catal. B: Environ. (IF=19.503), Small methods(IF=14.188）等国际顶尖SCI期刊发表论文50余篇，论文被引用2300余次，H10-index为40，申请国家专利30余项，主持国家级、省部级科研项目4项，完成产业化合作项目2项，担任《物理化学学报》青年编委，获第一届“创青春”中国青年碳中和创新创业大赛全国铜奖（排名第一），西南赛区金奖（排名第一）。

张琰，博士，硕士研究生导师，青岛大学”青年卓越人才”。2020年6月于南开大学化学学院无机化学专业毕业，获理学博士学位；2020年8月以“青年卓越人才”引进至青岛大学生命科学学院/前沿交叉学科研究院工作。目前，已在Chem. Eng. J., Chem. Commun., ChemSusChem等期刊发表论文32篇，总他引1554余次，H-index为19（Data from Web of Science, Aug 2022）。主持山东省自然科学基金青年项目1项、青岛大学人才引进科研启动项目1项，参与国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金面上项目1项。授权国家发明专利1项。