A Carbonyl and Azo-Based Polymer Cathode for Low-Temperature Na-Ion Batteries

材料科学 聚合物 阴极 离子 化学工程 光化学 高分子化学 化学 有机化学 物理化学 复合材料 工程类
作者
E. Kim,Motahareh Mohammadiroudbari,Fu Chen,Zhenzhen Yang,Chao Luo
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (5): 4159-4169 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c08860
摘要

Due to flexible structure tunability and abundant structure diversity, redox-active polymers are promising cathode materials for developing affordable and sustainable Na-ion batteries (NIBs). However, polymer cathodes still suffer from low capacity, poor cycle life, and sluggish reaction kinetics. Herein, we designed and synthesized a polymer cathode material bearing carbonyl and azo groups as well as extended conjugation structures in the repeating units. The polymer cathode exhibited exceptional electrochemical performance in NIBs in terms of high capacity, long lifetime, and fast kinetics. When coupled with a low-concentration electrolyte, it shows superior performance at low temperatures down to -50 °C, demonstrating great promise for low-temperature battery applications. Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM) were employed to study the reaction mechanism, interphase structure, and morphological evolution, confirming reversible redox reactions between azo/carbonyl groups in the polymer and Na+/electrons, a NaF-rich interphase, and high structure stability upon cycling. This work provides an effective approach to developing high-performance polymer cathodes for affordable, sustainable, and low-temperature NIBs.
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