Side‐Chain Engineering for High‐Performance Conjugated Polymer Batteries

材料科学 聚合物 电极 共轭体系 介电谱 电化学 乙二醇 锂(药物) 侧链 化学工程 导电聚合物 复合材料 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Xiaoyi Li,Yilin Li,Kasturi Sarang,Jodie L. Lutkenhaus,Rafael Verduzco
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (14) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adfm.202009263
摘要

Abstract Conjugated polymers are attractive for energy storage but typically require significant amounts of conductive additives to successfully operate with thin electrodes. Here, side‐chain engineering is used to improve the electrochemical performance of conjugated polymer electrodes. Naphthalene dicarboximide (NDI)‐based conjugated polymers with ion‐conducting ethylene glycol (EG) side chains ( PNDI‐T2EG ) and non‐ion‐conducting 2‐octyldodecyl side chains ( PNDI‐T2 ) are synthesized, tested, and compared. For thick (20 µ m, 1.28 mg cm −2 ) electrodes with a 60 wt% polymer, the PNDI‐T2EG electrodes exhibit 66% of the theoretical capacity at an ultrafast charge–discharge rate of 100C (72 s per cycle), while the PNDI‐T2 electrodes exhibit only 23% of the theoretical capacity. Electrochemical impedance spectroscopy measurements on thin (5 µm, 0.32 mg cm −2 ), high‐polymer‐content (80 wt%) electrodes reveal that PNDI‐T2EG exhibits much higher lithium‐ion diffusivity ( D Li+ = 7.01 × 10 −12 cm 2 s −1 ) than PNDI‐T2 ( D Li+ = 3.96 × 10 −12 cm 2 s −1 ). PNDI‐T2EG outperforms most previously reported materials in thick, high‐polymer‐content electrodes in terms of rate performance. The results demonstrate that the rate performance and capacity are significantly improved through the incorporation of EG side chains, and this work demonstrates a route for increasing the rate of ion transport in conjugated polymers and improving the performance and capacity of conjugated‐polymer‐based electrodes.
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