近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院劉萬強(qiáng)教授課題組在金屬離子電池聚合物正極的迭代設(shè)計研究方面取得新突破，在國際頂級期刊《科學(xué)通報》（中科院1區(qū)，TOP期刊）上發(fā)表了題為“金屬離子電池聚合物正極的迭代設(shè)計”的研究性文章，材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生郭俊為該論文第一作者，劉萬強(qiáng)教授為第一通訊作者。

水系鋅離子電池由于良好的資源可持續(xù)及安全性，在多種儲能系統(tǒng)中引起了廣泛的研究興趣。然而，由于缺乏合適的正極材料，ZIBs的實際應(yīng)用仍然充滿挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的正極材料中，如二氧化錳、五氧化二釩、普魯士藍(lán)類似物等，大多遵循鋅離子嵌入/脫出機(jī)制，這種機(jī)制通常伴隨著大的體積和晶格變化，導(dǎo)致無機(jī)材料的結(jié)構(gòu)塌陷，從而導(dǎo)致容量的快速衰減和循環(huán)壽命的縮短。與無機(jī)材料不同，帶有軟晶格的有機(jī)電極材料（OEMs）具有特殊的離子存儲/釋放協(xié)調(diào)機(jī)制，它很容易適應(yīng)Zn2+的存儲；此外，OEMs主要由天然豐富的元素組成，如C、N和O，使其具有結(jié)構(gòu)的靈活性、環(huán)境友好性和資源的可再生性，這些優(yōu)勢使它們成為一種很有前途的ZIBs正極材料。

研究過程中，劉萬強(qiáng)課題組構(gòu)建了一系列聚合物模型，通過從點到線和面的分子設(shè)計過程探究了聚合物構(gòu)型與其相應(yīng)電化學(xué)性能的關(guān)系。從點到線的演化不僅可以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子傳導(dǎo)能力，還可以調(diào)整活性位點的排列，促進(jìn)Zn2+的存儲；從線到面的過程除進(jìn)一步增強(qiáng)上述性能外，還在結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)建離子擴(kuò)散通道，促進(jìn)離子的高效遷移。此外，聚合物在有機(jī)電解液體系中也展現(xiàn)出廣泛的離子適應(yīng)性，在鋰、鈉、鉀離子電池中同樣具備良好的電化學(xué)性能，本工作所提出的聚合物迭代設(shè)計為實現(xiàn)鋅-有機(jī)電池的高穩(wěn)定性提供了重要的見解。

此項目得到了吉林省科技廳自然科學(xué)基金面上項目、重慶市科技局自然科學(xué)基金面上項目的支持。

（供稿：材料科學(xué)與工程學(xué)院 ?撰稿：劉萬強(qiáng) ?審核：段潛? 編輯：周南）