ChemElectroChem:电聚合在电池和超级电容器上的应用进展——特殊的电极功能设计

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以电池和超级电容器为代表的新能源器件在人类日常生活中显得日益重要。随着电池技术的蓬勃发展,电聚合技术在电池的制备上逐渐崭露头角并得到越来越多的关注。鉴于此,德国亥姆霍兹-柏林材料与能源研究中心(Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie)电化学储能所主任陆琰教授课题组介绍了电聚合技术的主要构成和在电池电极制备方面的优势,总结了电聚合技术针对电极某些问题的独特功能设计,展望了电聚合技术在开发可持续电极和绿色应用方面的要求和发展方向。



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图1. 电聚合技术在电池和超级电容器上的应用和功能示意图

电聚合是一种利用电化学方法在导电集流体表面上原位制备聚合物的方法,具有操作简单和成本低廉等特点。相比传统的聚合方法,通过电聚合技术可以精准地调控聚合物产物薄膜的厚度、孔隙率、孔径、形貌和物理化学特性,同时可以保证聚合物薄膜在宏观尺度上的一致性。陆教授课题组系统地介绍了电聚合技术的主要构成,包括单体、溶剂、基底、电压等,分析了各个构成对电聚合产物形貌的影响,重点介绍了利用电聚合技术构建分级结构材料的方法和优点。课题组还介绍了针对电聚合产物和制备过程的表征方法,包括循环伏安测试、原子力显微镜、冷冻电镜和飞行时间二次离子质谱等。

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图2. 电聚合技术的主要构成

电聚合技术曾广泛应用于制备电化学传感器、金属保护涂层、LED以及生物传感器等。随着新能源器件的蓬勃发展,电聚合技术在制备自支撑电极上优势显著,同时其它功能也得到广泛的开发和探索。陆教授课题组以独特的功能设计为切入点,系统地总结了电聚合技术在电池和超级电容器上的应用进展。这其中包括为锂离子电池、锌离子电池、锂硫电池、超级电容器构建有机电极,丰富电池的电极体系;为三元正极、硫正极、锂金属负极以及固态电解质设计保护层,使电极稳定工作,提高容量;为集流体搭建修饰层,增加集流体与电极材料的结合力和接触面积,提高利用率。课题组系统地归纳了应用在电池和超级电容器上的常见聚合单体、基底和溶剂,为电聚合体系的选择提供了参考和指导建议。


最后,陆教授课题组指出了当前电聚合技术存在的一些问题,包括电聚合产物种类相对不足、产物厚度尺寸存在极限和电聚合体系适配性等。这些问题都有待未来进一步解决。同时,课题组展望了电聚合技术在新能源应用上未来的发展方向,即开发更多的电池应用体系,包括钠电池、钾电池和镁电池等,开发更加绿色可持续发展的聚合体系以及开发柔性电池等。

文信息

Charge Transfer Kinetics at Ag(111) Single Crystal

Recent Progress of the Application of Electropolymerization in Batteries and Supercapacitors: Specific Design of Functions in Electrodes

Dr. Shengxuan Lin, Dr. Qingping Wu, Prof. Dr. Yan Lu


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202300776




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