港城大支春义/南科大李洪飞/韩翠平NC:交联聚苯胺用于柔性电池|南科大李洪飞|电化学|电池|离子|聚苯胺|阴极|韩翠平

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水铁电池因其安全性和低成本而成为大规模储能的诱人候选者。然而，长期循环稳定性不足阻碍了水铁电池的发展。本文提出了交联聚苯胺(C-PANI)作为正极活性材料的合成及其应用。我们用三聚氰胺作为交联剂来提高c -聚苯胺的电导率和电化学稳定性。事实上，当C- pani与铁金属负极和1 M三氟甲烷磺酸铁(Fe(TOF)2)电解质溶液结合测试时，硬币电池在25 ag - 1下，在28°C±1°C的测试温度下，在39,000次循环后，可以提供约110 mAh g - 1的比容量和0.55 V的平均放电电压。此外，机制研究表明，Fe2+离子与TOF -阴离子结合形成带正电荷的配合物Fe(TOF)+，并与质子一起储存在C-PANI电极结构中。最后，我们还演示了将c-聚苯胺与聚合物水凝胶电解质结合使用，以生产柔性反射电致变色铁电池。

图文简介

聚苯胺和c -聚苯胺的合成路线及光谱表征。常规聚苯胺和c -聚苯胺合成示意图。b常规聚苯胺和c -聚苯胺的红外光谱。c常规聚苯胺和c -聚苯胺样品的紫外可见光谱。PANI (d)和C-PANI (e)的Cl 2p核能级高分辨率XPS光谱。PANI (f)和C-PANI (g)的N 1s核能级高分辨率XPS光谱。

c -聚苯胺的电化学性能。2 mV s−1下Fe||PANI和Fe||C-PANI的CV曲线。b在特定电流为5 a g−1时，PANI和C-PANI的充放电曲线。c在5a g−1 ~ 25a g−1电流范围内，c -聚苯胺的充放电曲线。d c -聚苯胺的速率性能及其库仑效率。e Fe| c -聚苯胺与先前报道的水Fe离子电池的比容量和比电流比较。f在25 A g−1时c -聚苯胺和常规聚苯胺的长周期曲线。g Fe / c -聚苯胺与先前报道的水Fe离子电池的循环次数和容量保持比较。测试温度为28℃±1℃。

c -聚苯胺电荷储存机理的研究。a以1 M Fe(TOF)2为电解液的Fe| C-PANI电池一次和二次放电/充电曲线。b在前两次循环中，获得了c -聚苯胺阴极在不同放电/充电状态下的原位拉曼光谱。第一次放电在0.9 V(下)和第二次放电在0.9 V(上)的拉曼光谱。以铂为反电极，Ag/AgCl为参比电极，在50 mV s−1的三电极池中加入HTOF电解质，在0.1 M Fe(TOF)2 (pH = 2.8)、0.1 M HTOF (pH = 0.5)和0.1 M Fe(TOF)2 (pH = 0.5)条件下，得到了相同C-PANI电极的d CV。c -聚苯胺阴极在充放电状态下(e) fe2p和(f) f1s的非原位XPS光谱。fe2p峰和f1s峰的强度通过n1s强度的归一化进行校正。c -聚苯胺阴极在放电(g)和充电(h)状态下n1s的非原位XPS光谱。(i) Fe| C-PANI充放电机理示意图。