研究人员探讨π-共轭聚合物的性质 以用于金属离子电池和超级电容器

随着能源需求日益增长，以及化石燃料减少，利用可再生能源发电，具有重要意义。而且，对于工业进步和人类福祉而言，能源存储与能源生产同样重要。超级电容器具有价格低、能量密度相对较高、比电容高、电容保留率高、可再生性等优点，是一种极具吸引力的电化学储能系统。

（图片来源：AZOM）

作为各种储能技术中的电极材料，近年来有机材料备受关注。其中共轭聚合物（π-CPs）颇具吸引力，因其具有诸多优势，如良好的电导率、成本效益、重量轻和环保性。据外媒报道，在英国皇家学会开放科学杂志（Royal Society Open Science.）上发表的一篇论文中，某研究团队广泛考察特殊类型的有机材料，即将π-CPs作为多功能储能系统的电极材料，以促进电极材料快速发展和创新。

研究人员首先提供各种π-CPs的概览，及其与能储应用有关的基本固有特性。此外，该文着重介绍π-CPs的合成，以及各种合成技术的最新进展。化学氧化聚合是一种双电子交换技术，需要使用氧化剂来氧化单体。电聚合是仅次于氧化聚合的最有利的合成方法。当施加外部电压时，工作电极上会发生聚合反应。在大多数情况下，这些合成是在手套式操作箱内进行的。例如，在电聚合中使用ITO涂层载玻片或镀金玻璃作为工作电极。

使用共轭聚合物的电池电极

因使用内燃机造成的环境问题日益严重，电化学储能电池越来越受欢迎。低成本、高功率密度、轻量化、安全性高、长寿命、环保的电池，在电动汽车、便携式电子产品、频率调节等应用中的需求很高。

电活性有机化合物相对于无机化合物具有若干优点，如重量轻、安全性更高。而且，还可以生产具有必要结构和官能团的电活性有机化合物，从而产生更多的氧化还原活性位点，增加充放电过程中的电解质离子交换。

在多功能储能系统中，π-CPs及其改性材料，以及与纳米结构金属氧化物和碳基材料构成的复合材料，已被广泛用作电极材料。CPs是非常有价值的材料，也是超极电容器和金属离子电池（MIBs）的潜在候选材料，因其具有灵活性、低成本、环境友好性、结构多样性，以及易通过纳米结构设计衍生化。π-CPs作为电极材料用于存储器件的主要缺点包括容量低、稳定性差等。

此外，在非质子电解质中π-CPs电极击穿，会导致电池和超级电容器在放电期间容量快速衰减。迄今为止，文献中已经发表了各种克服这些障碍的解决方案。其中包括利用有机羰基化合物制备π-CPs盐，利用导电材料制备π-CPs共价化合物，以及利用非共价技术制备具有纳米结构碳/金属氧化物的复合材料。

孤对电子似乎具有较高的电子迁移率，据发现π-CPs中含有包括杂原子（如氧、氮、硫等）在内的孤对电子，具有较高的电导率和氧化还原活性，能够进一步提高储能系统的能量和功率密度。