江苏科技大学联合东南大学，Advanced Science：调节聚酰亚胺基共价有机骨架孔隙率和双极性的高性能水系双离子对称电池

第一作者：耿东祥

通讯作者：张恒*，潘龙*，晏超*

单位：江苏科技大学，东南大学

水系双离子电池(ADIBs)因为具有高安全性、低成本、无毒性等优点，被认为是一种非常有前景的储能体系。然而，大多数具有刚性结构的无机电极材料容易发生严重的体积变化，活性位点暴露有限，亲水性差，导致电极结构损伤和容量衰减，从而影响电池的循环稳定性和寿命。

与无机电极材料不同，根据电荷补偿离子的类型，具有氧化还原官能团的有机电极材料可分为n型、p型和双极性。其中，双极有机电极材料因其与阴离子和阳离子的协同配合而引起了极大的兴趣，可以用作对称电极来组装全有机ADIBs，从而消除了使用两种不同电极材料的局限性。但是大多数小分子有机电极材料易溶解性差，导致循环稳定性差，而大多数聚合物材料表现出较差的导电性，这是阻碍聚合物基电极材料发展的因素之一。

江苏科技大学材料科学与工程学院晏超教授团队采用水热法构建了具有分层多孔结构的NTPI-COF，其同时具有n型和p型官能团，可作双极性电极材料在全有机对称ADIB中使用。得益于稳定的骨架、分层孔隙结构和丰富的氧化还原活性位点，由NTPI-COF组装的全有机对称ADIB在10 A g⁻¹电流密度下，循环10 000圈后，容量保持率依然高达93.2%。此外，对称全有机ADIB的平均工作电压扩展到1.3 V，在2600 W kg⁻¹的功率密度下释放出43 W h kg⁻¹的能量密度。这项工作为设计双极有机电极提供了一个开创性的策略，并有助于先进的全有机ADIBs的发展。该工作以“Regulating the Porosity and Bipolarity of Polyimide-Based Covalent Organic Framework for Advanced Aqueous Dual-Ion Symmetric Batteries”为题发表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2024, 2407073），论文第一作者江科大材料学院2022级硕士生耿东祥，江科大晏超教授、张恒博士以及东南大学潘龙副研究员为论文的共同通讯作者。

共价有机骨架(COFs)是一类具有周期性阵列结构、化学稳定性高、基本不溶于水溶液的晶体骨架材料。此外，其高比表面积和丰富的多孔结构使COFs具有快速离子传输能力。特别是具有可调亚胺自由基的COFs，由于亚胺基团中孤对电子的存在提高了其电化学活性，逐渐受到人们的关注。常见的聚酰亚胺类COF仅具有单一孔径，不能更好地适应双离子的存储，这是由于不同半径的阴离子和阳离子对孔径的选择性。本文合成的NTPI-COF呈分层多孔结构，微孔（1.7 nm）和介孔（2.9 nm）同时存在，有利于离子扩散。

从制备工艺来看，两种不同的有机电极材料的存在给制造技术带来了复杂性，从而导致成本的增加。NTPI-COF同时存在n型和p型官能团，作为负极时可以同时配位阳离子和获得电子，作为正极时可以同时配位阴离子和失去电子。使用双极性电极材料来组装全有机对称ADIB有利于节省成本和和简化电极材料制造工艺。

Regulating the Porosity and Bipolarity of Polyimide-Based Covalent Organic Framework for Advanced Aqueous Dual-Ion Symmetric Batteries

潘龙，东南大学材料科学与工程学院副研究员，东南大学至善学者（A类），中国科协青年人才托举工程入选者，中国复合材料学会青年工作委员会委员，江苏省双创博士，江苏省材料学会秘书处副秘书长。目前主持江苏省自然科学基金青年项目、国家自然科学基金青年项目，国家自然科学基金原创探索计划项目延续资助主要参与人。截至目前已在相关领域发表包括Advanced Materials、Advanced Science, ACS Nano、Energy Storage Materials、Advanced Energy Materials等在内的多篇SCI学术论文。