近日，我院2019级硕士生段举在国际碳材料知名期刊《CARBON》上发表题名为“A flexible and free-standing Cl⁻-doped PPy/rGO film as cathode material for ultrahigh capacity and long-cycling sodium based dual-ion batteries”的学术论文。我院翁俊迎老师为第一通讯作者，材料学院为第一署名单位。

图1 自支撑聚合物石墨烯薄膜的(a)制备工艺和(b)宏观形貌

如今，随着人口的增长和化石燃料的消耗，开发新能源已成为一个新挑战。可充电电池作为高效储能系统(ESS)，在间歇性可再生能源的大规模应用中具有广阔的应用前景。在可充电电池中，锂离子电池(LIBs)因其高能量和功率密度而备受关注。但锂资源分布不均、稀缺，限制了锂资源作为可持续能源ESS的应用。近年来，钠离子电池(SIBs)因其丰富的资源和与锂离子电池相似的化学性质而成为理想的侯选材料，受到了学术界和工业上的广泛关注。

图2 大电流密度循环和对应的反应机理示意图

本课题组采用简单的合成策略制备了一种柔性自支撑Cl离子掺杂的高聚物/石墨烯薄膜(Cl-PPy/rGO)，见图1。自支撑Cl-PPy/rGO具有以下优点：(1)聚吡咯纳米颗粒均匀分布在还原氧化石墨烯层表面，可以显著抑制聚吡咯的团聚，使电子和离子的扩散更加有效；(2)离子掺杂可以加速电荷转移，促进氧化还原反应，提高电池容量；(3)三维层状结构可以防止阴离子可逆掺杂/脱掺杂过程中链结构的断裂，有效缓解材料的体积变化；(4)自支撑Cl-PPy/rGO薄膜可直接作为工作电极，提高了电池的实际容量和能量密度。当以金属钠为对电极时，Cl-PPy/rGO表现出超高的比容量(在100 mA g^-1时为422 mAh g^-1)和良好的容量保持率(1000圈之后为最高容量的74%)，见图2。在双离子电池体系中，Cl-PPy/rGO同样展现出令人满意的比容量(在100和500 mA g^-1时分别为183.4和152.4 mAh g^-1)。这项工作可为双离子电池中氧化还原活性聚合物的开发和应用带来更多的选择和借鉴。本研究工作同时得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622321008976.