调节基于芘-苯并噻二唑/TTF的共价有机框架电极在双离子电池中的氧化还原行为

《Angewandte Chemie》：Tuning Redox Behavior of Pyrene–Benzothiadiazole/TTF–Based Covalent Organic Framework Electrodes in Dual-Ion Batteries

本研究开发新型二维PyTTF-COF材料，通过n型PyBT与p型TTF亚胺键连接，实现16e?双离子可逆存储。Li离子半电池测试表明，LiTFSI电解质较LiPF6提升离子传输动力学，容量分别为286和184 mAh/g，揭示阴离子种类和电解质浓度对双离子电池性能的关键影响。

　　

摘要

共价有机框架（COFs）作为一种有前景的电极材料，已被用于二次离子电池领域。其中，具有氧化还原活性的构建单元和连接方式使得COFs能够调节其氧化还原性质，而有序的孔结构则充当了快速离子传输的纳米通道。我们报道了一种新型的高度结晶的二维PyTTF-COF，该材料通过n型芘-苯并噻二唑（PyBT）和p型四硫富瓦烯（TTF）亚单元之间的n型亚胺键合方式合成，从而制备出一种能够实现可逆16 e?双阳离子-阴离子存储的双极电极。首先，在锂离子半电池中测试了这种双离子、氧化还原协同效应，其中PyTTF作为正极，使用1 M LiPF?或LiTFSI电解质来研究阴离子依赖性的电化学行为。在锂离子半电池中的电化学评估显示，其电化学窗口为0.1–3.6 V（相对于Li/Li?），并且与LiPF?电解质相比，使用LiTFSI电解质时电荷存储动力学和离子扩散性能显著提升。PyTTF电极在0.3 A g?1电流密度下的比容量分别为286 mAh g?1（LiTFSI）和184 mAh g?1（LiPF?），这突显了阴离子种类对电极性能的显著影响。通过系统地改变LiTFSI盐浓度（1–3 M），发现电解质组成、离子存储动力学和界面电荷转移电阻之间存在强烈相关性。本研究首次强调了为了充分发挥双极COF电极在双离子电池中的潜力，定制载流子种类和电解质浓度的重要性。

图形摘要

我们报道了一种新型的高度结晶的二维PyTTF-COF，该材料通过n型芘-苯并噻二唑（PyBT）和p型四硫富瓦烯（TTF）亚单元之间的n型亚胺键合方式合成，从而制备出一种能够实现可逆16 e?双阳离子-阴离子存储的双极电极。本研究阐明了COF的结构特性与电解质环境之间的复杂相互依赖关系，这两者共同决定了双极型COF电极的电化学行为，进而影响了双离子电池的整体性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

如需数据，可向作者索取。支持本研究结果的数据可向通讯作者提出合理请求后获得。