近日，南開大學(xué)程方益課題組報道了離子液體在有機醌類鈉電池中的應(yīng)用，成果發(fā)表在Chem上（Chem 2019,5,364-375）。

 

       與無機電極材料相比，有機醌類電極材料主要由C、H、O、N等高豐度輕質(zhì)元素組成，具有理論比容量高、分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強和環(huán)境友好等突出優(yōu)點，在新能源領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，由于相似相溶，醌類化合物易溶于常規(guī)的酯類和醚類有機電解液，導(dǎo)致活性物質(zhì)量損失，容量衰減嚴重，制約了實際性能。碳包覆、聚合等多種策略被相繼報道，在一定程度上可以有效抑制電極材料溶解，獲得較好的循環(huán)性能。然而，這些方法通常制備過程繁瑣，在活性材料中引入高比例非活性成分，犧牲了材料的高容量。如何在保持醌類材料容量優(yōu)勢的同時，解決溶解問題是一項重要且具挑戰(zhàn)性的課題。

       為此，本文提出一種采用離子液體基電解液抑制醌類溶解的策略。通過系統(tǒng)考察3種陽離子（N-丙基-N-甲基吡咯烷[PY13] 、N-丁基-N-甲基吡咯烷[PY14] 、N-丙基-N-甲基哌啶烷[PP13] ）和2種陰離子（雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鹽[TFSI]-和雙氟磺酰亞胺鹽[FSI]-）組成的6種離子液體（IL）對有機醌類化合物溶解性的影響，并結(jié)合DFT計算，發(fā)現(xiàn)當離子液體與醌類化合物的極性差異大、給電子對能力低、結(jié)合能小時，抑制醌類材料溶解效果最佳。作者進一步優(yōu)化了0.3 M Na[TFSI]/[PY13][TFSI]電解液，以杯[4]醌（C4Q）為正極，金屬鈉為負極，構(gòu)建了有機鈉醌電池，醌類放電容量和能量密度分別超過400mAh/g和800Wh/kg，顯著優(yōu)于在醚基電解液，并且可實現(xiàn)較大倍率下的穩(wěn)定循環(huán)。此外，作者還驗證了[PY13][TFSI]對抑制多種醌類電極材料（包括苯醌、聯(lián)苯醌、蒽醌、萘醌、菲醌等）溶解問題的普適性。該工作闡明了離子液體基電解液抑制醌類材料溶解的機制，為提升醌類材料的電極性能、構(gòu)建新型有機鈉電池提供了新思路。