有機聚合物電極材料由來已久，例如共軛醌類聚合物具有高容量、資源豐富、成本低、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等優(yōu)點，已被廣泛用作鋰、鈉離子電池的正極材料。但是，有機聚合物材料的導電性很差，作為空氣電池的陽極的難度較高。

近日，南開大學陳軍院士團隊以醌類聚合物poly(1,4-anthraquinone)復合碳納米管為陽極(P14AQ/CNT)，以尖晶石鈷錳氧化物為空氣陰極(CMO@CNT)，以6.0 M KOH為電解質(zhì)，開發(fā)出新型水系聚合物空氣電池。

作者以1,4-二氯蒽醌(1,4-DCAQ)為單體進行聚合，通過一步縮聚反應(yīng)得到P14AQ與CNTs的復合材料，CNTs的含量優(yōu)選為30%。

純P14AQ的粒徑在1–5 μm，P14AQ/CNT的粒徑小于200 nm。

密度泛函DFT計算：CNTs的直徑為5～6 nm，性質(zhì)與石墨烯類似，因此可以用石墨烯模擬代替CNTs以計算P14AQ的吸附構(gòu)型?？梢钥吹絇14AQ的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變形，表明P14AQ與碳納米管之間存在著強相互作用。

電化學性能：P14AQ/CNT的氧化電位為?0.77 V，還原電位為?0.804 V。在1 A g?1電流密度下100圈循環(huán)后的容量為247 mAh g?1，容量保留率為96%。P14AQ/CNT和P14AQ的斜率bR分別為0.981和0.929，表明其贗電容行為。P14AQ/CNT具有超高的倍率性能，即便在288.5 C (1 C為260 mA g?1)，容量仍有245 mAh g?1。CMO@CNT陰極性能高于Pt/C催化劑。

原位FTIR探究反應(yīng)機理：C=O鍵的峰強度在充電時下降，放電時上升，表示P14AQ發(fā)生著氧化還原反應(yīng)；XPS也可證明這一點。

P14AQ/CNT-Air紐扣全電池：電流密度為1 C時，電池放電容量為253 mAh g?1，即便在38.5 C下，電池容量仍具有147 mAh g?1。以P14AQ計算出的能量密度為171 Wh kg?1，以CMO@CNT空氣陰極計算出能量密度為2242 Wh kg?1，以P14AQ和CMO總質(zhì)量計算出的能量密度為165 Wh kg?1。

該工作以“Rechargeable Aqueous Polymer-Air Batteries Based on Polyanthraquinone Anode” 為標題于2019年6月27日發(fā)表在國際頂刊Chem上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.06.001