顆粒在線訊：為了解決全球變暖問題和化石能源短缺，迫切需要環(huán)保和可持續(xù)的可再生能源技術(shù)。與能量轉(zhuǎn)換相比，能量儲存方面的研究相對滯后，仍有待進(jìn)一步探索。通過在電極表面存儲電化學(xué)過程的能量，超級電容器（SCs）彌合了靜電雙層電容器和電池之間的性能差距。有機(jī)電極材料因其特殊的功率密度、良好的循環(huán)效率和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。多孔有機(jī)聚合物（POPs）作為SCs中有吸引力的電極材料引起了人們廣泛的關(guān)注。

近日，南京郵電大學(xué)賴文勇教授從合成策略和持久性有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的角度綜述了POPs作為SCs的有效電極材料的最新進(jìn)展和設(shè)計(jì)原則。最后，對POPs在SCs中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

本文要點(diǎn)：

1）根據(jù)儲能機(jī)制，SCs可分為兩類，即EDLCs和準(zhǔn)電容器。對于EDLCs，其儲能特性強(qiáng)烈依賴于電極和電解質(zhì)之間界面上的靜電荷吸附，這涉及一個(gè)物理過程。根據(jù)最近的研究，孔徑、孔連通性、比表面積、潤濕性和納米結(jié)構(gòu)對EDLCs的性能有關(guān)鍵影響。隨著EDLC和贗電容器的結(jié)合，開發(fā)混合SC，例如具有EDLC電極和贗電容電極的混合SC裝置以及具有大表面積和贗電容的混合電極材料，已經(jīng)成為同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度和能量密度的有效途徑。

2）COFs是通過可逆反應(yīng)制備的結(jié)晶POPs，具有周期性的有機(jī)構(gòu)筑塊順序。可逆反應(yīng)被用來通過“誤差修正”來提供具有長程有序的熱力學(xué)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。COFs其孔隙率高、孔道可調(diào)、孔道可調(diào)、結(jié)構(gòu)清晰、骨架結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，在氣體分離與儲存、光電器件、能量轉(zhuǎn)換、儲能、多相催化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。精準(zhǔn)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、可調(diào)的孔大小和孔幾何結(jié)構(gòu)使COFs成為極具吸引力的電化學(xué)應(yīng)用材料。人們已經(jīng)采用了許多策略來提高它們的電化學(xué)性質(zhì)。例如，通過選擇合適的連接基序和構(gòu)建單元，可以構(gòu)建穩(wěn)定的氧化還原COF，并制備出具有高效傳質(zhì)和高導(dǎo)電性的COF雜化材料。

3）非晶POPs一般包括HCPs、PIMs、CMPs和多孔芳烴骨架（PAFs）。與晶態(tài)COF相比，非晶POPs可以在溫和的條件下通過廣泛的化學(xué)反應(yīng)制備出來。對于非晶態(tài)POPs，線性聚合物的化學(xué)反應(yīng)可用于非晶態(tài)POPs的形成。因此，人們制備了大量不同化學(xué)含量、形貌和孔結(jié)構(gòu)的非晶POPs，為探索影響SC性能的因素提供了一個(gè)有吸引力的平臺。

4）可充電電池作為一種可以直接儲存電能的電池，目前已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。近年來，人們對基于POP的可充電電池電極和電解液進(jìn)行了廣泛的研究。一方面，基于剛性共價(jià)網(wǎng)絡(luò)的POPs具有良好的穩(wěn)定性和便于電解液離子傳輸?shù)拈_孔，是很有吸引力的可充電電池電極材料。另一方面，功能性POPs表現(xiàn)出較高的離子導(dǎo)電性(Li+和Na+)，顯示出其作為電池固態(tài)電解液材料的巨大潛力。由于其多孔結(jié)構(gòu)，POP已被用作鋰離子電池(LIB)的正極材料和固體電解質(zhì)，以及鈉離子電池(SIB)和鉀離子電池(KIBs)的負(fù)極材料。

文章鏈接：

Xu Liu, et al, Porous organic polymers for high-performance supercapacitors, Chem. Soc. Rev., 2022

DOI: 10.1039/d2cs00065b

https://doi.org/10.1039/d2cs00065b