HATN（六氮四氮萘）与氧化石墨烯构成的新型正极材料可使有机电池性能大大提高

A*STAR研究团队（新加坡最大的研究所）近日发现(发表在JMCA 杂志，标题为“Hexaazatriphenylene derivatives/GO composites as organic cathodes for lithium ion batteries”)，将有机材料应用于锂离子电池可以降低成本，并且更加环保。

该团队开发了一种有机电池正极材料，与以前的有机正极材料相比，该电池正极的电化学性能有了显著提高。至关重要的是，这种新材料很坚固，在数千次电池充放电循环中保持稳定。

锂离子电池正极是锂离子电池的重要组成部分。一种叫做六氮四氮萘(HATN)的具有电子缺陷的刚性有机分子先前被用作锂离子电池的有机正极材料。然而，由于这种分子会溶解到电池的液体电解质中，所以在使用过程中，它的初始性能会迅速下降。

一种新的正极材料，由来自A*STAR生物工程和纳米技术研究所的张玉根和他的同事开发出来，其中HATN与氧化石墨烯结合，以防止有机材料的溶解。

氢键(蓝色)强烈连接氧化石墨烯载体(灰色)氧化还原活性有机分子HATNTA(红色)

在氧化石墨烯中，一个单原子厚的碳原子层被氧原子层部分覆盖。“氧化石墨烯具有优异的电子导电性和表面氧功能，可以与HATN形成氢键作用，”张解释说，这使得氧化石墨烯成为可以形成氧化石墨烯纳米复合材料的有希望的候选材料。

纳米复合材料的性能超出了预期。这些材料结合在一起形成了核壳结构的纳米棒，其中氧化石墨烯涂敷上了HATN。“氧化石墨烯和HATN形成了很好的复合结构，解决了HATN在电解液中的溶解问题，并赋予了正极很好的循环稳定性，”张说。使用这种材料作为正极的锂离子电池，在2000次充放电循环后，其容量保持了80%。

当他们将氧化石墨烯与一种叫做六氮杂萘三羧酸(HATNTA)的衍生产物合成时，他们发现了更好的性能。这种材料制成的电池在2000次充放电循环后，仍能保持86%的容量。性能的提升可能是由于HATNTA分子上的极性羧基，而这些羧基与氧化石墨烯的结合更加紧密。

张说，目前团队正在继续开发新的材料来提高有机正极的性能。除了研究氧化石墨烯的替代品外，该团队还在研究以HATN为基底的多孔聚合物作为有机正极材料，这将增强电池充放电时离子的流动。

原文来自：nanowerk，原文题目：Batteries poised for organic revolution，由材料科技在线团队翻译整理。