有机自由基一体化电极制备与界面性质研究

作为一类能量存储电极，有机自由基电极与电解液中的离子发生了电化学掺杂与去掺杂反应，相比锂离子电池的离子嵌入式电极有很大的不同。针对有机自由基电极本身导电机制及能量存储的特点，利用集流体/导电网络一体化电极的优势，发展电极导电网络构建及微纳结构的调控方法，探索有机自由基一体化电极制备，深入研究电极的组成、结构、形貌对电化学性能影响。进一步研究一体化电极在不同电解液体系(包括氟化酯溶剂等)中的界面性质。本项目旨在提高有机自由基电极的能量密度及功率密度，为有机自由基电极的设计及应用提供了新思路和理论依据。

针对有机自由基电极本身导电机制及能量存储的特点，利用集流体/导电网络一体化电极的优势，发展电极导电网络构建及微纳结构的调控方法，探索有机自由基一体化电极制备，深入研究电极的组成、结构、形貌对电化学性能影响及界面特性。制备了新型PTMA/石墨烯纸，PTMA/布基纸，PTMA/VACNT复合一体化电极，不含导电剂，粘结剂，对比研究了电化学性能。研究表明了PTMA/VACNT复合一体化电极具有最好的电化学特性，100C/1C倍率容量保持率为74%，倍率特性表现优异超过传统涂布电极。同时，研究揭示了电极的层级有序复合结构对一体化有机自由基电极的电化学性能影响重大。研究了PTMA/VACNT复合一体化电极在同盐不同溶剂电解液中的电化学性能及同种盐氟化酯溶剂中的电化学性能。研究表明了阴离子体积越小，越有利于一体化有机自由基电极的p-doping，电极活性物发挥的比容量越大。原位AFM初步研究表明了充放电过程中，有机自由基电极体积变大，存在溶胀的过程，这种性质与导电聚合物一致。本研究为有机自由基电极及高比特性电极的设计及应用提供了新思路和理论依据。