开发高功率、高能量密度的新型储能材料已成为电化学超级电容器的研究热点。
近日,南开大学张振杰报道了成功合成了两种具有丰富氧化还原活性偶氮(N=N)官能团的Grotthuss质子导电共价有机骨架(COFs),用于质子储能。
文章要点
1)Azo-NHBoc单体与三(4-甲酰苯基)胺(TFPA)在120 °C下的溶剂热反应合成了一种新的亚胺连接的COF(NKCOF-8)。同时,还制备了具有高结晶度、高孔隙率和高坚固性的COF(NKCOF-2)作为对比。这些COFs具有清晰的一维通道,良好的亲水性,显著的化学稳定性和高孔隙率,因此促进了离子的快速传输,并抑制了氧化还原活性中心的溶解。
2)与碳纳米管(CNTs)原位杂化后,CNT/NKCOF-2在三电极超级电容器中进行了10000次充放电循环,比容量仍达440 F/g,比容量仍保持90%。
3)研究发现,COFs的Grotthuss质子导电性和CNT的电子导电性为整个体系的PCET反应铺设了两条高速路径,有利于反应动力学和活性基团的利用,从而实现了高功率密度和高能量密度。组装的非对称双电极超级电容器具有优异的倍率性能,最大能量密度为71 Wh/kg,最大功率密度为42 kW/kg。这些值超过了目前所报道的所有基于COFs的高性能ASC器件。
这项工作为高性能水系超级电容器储能材料的设计提供了一条途径。
参考文献
Yi Yang, et al, Grotthuss Proton Conductive Covalent Organic Frameworks for Efficient Proton Pseudocapacitors Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202105725
https://doi.org/10.1002/anie.202105725