湘大高平教授团队在电化学储能领域取得重要研究成果

湖南日报·新湖南客户端11月12日讯（通讯员 佘祥）近日，湘潭大学化学学院高平教授团队联合深圳大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所，在有机储能材料与新型电池领域取得系列重要进展。团队围绕“如何提升有机电极本征氧化还原可及性”“如何调控多价离子电池中的阴阳离子协同存储”两个关键科学问题，分别在钠基双离子电池和镁基电池方向取得突破。两项成果相继发表于国际顶级期刊《德国应用化学》和《先进功能材料》。湘潭大学均为论文第一单位，化学学院博士研究生彭茜、孙彩红分别为论文的第一作者，高平教授、深圳大学陈智副教授、中国科学院青岛生物能源与过程研究所杜奥冰副研究员为共同通讯作者。

有机电极材料凭借分子可设计性强、理论比容量高等优势，在钠基储能领域备受关注。增加氧化还原活性单元，不一定带来实际容量的成比例提升。其核心瓶颈在于：在高电流密度下，电子传输、离子迁移与结构响应难以协同，导致部分本征氧化还原状态无法充分利用。团队提出分子设计策略，将具有双极氧化还原活性的卟啉单元引入富硫共轭聚合物骨架，构筑了苯并三噻吩-噻吩-卟啉共轭聚合物（BTPP）。卟啉单元中电子结构分化的吡咯氮、亚胺氮位点，与富硫骨架形成了互补的离子相互作用环境，使不同电荷状态下的阴、阳离子补偿过程得以协同，提高活性材料利用率和综合电化学性能。BTPP正极在20 A g^-1的超高电流密度下，历经25000次循环后仍保持166 mAh g^-1的放电比容量。该工作研究表明，对于高性能双极有机电极的设计而言，单纯追求理论电子转移数并不可取，通过分子调控提升本征氧化还原态的电化学可及性，才是弥合理论容量与实际输出之间差距的关键。

针对Mg²⁺与无机晶格之间强静电作用导致的扩散势垒高、动力学迟缓等难题，团队系统研究了二维导电金属有机框架（2D c-MOFs）作为镁电池正极材料的电化学性能。团队合成了三种具有不同金属中心的M₃(HITP)₂（M = Ni, Cu, Co）材料，发现三者均通过杂原子N与Mg²⁺配位，并耦合阴离子嵌入实现双离子协同存储。其中，Ni₃(HITP)₂凭借Ni²⁺的d⁸电子构型，形成了稳定的Ni–N配位环境与有效的π-d共轭，表现出最优的综合性能，在1.0 A g⁻¹下循环1100次后仍保持约201 mAh g⁻¹的放电比容量。该研究从分子层面阐释金属中心电子构型对二维导电 MOF 储镁性能的调控规律，为多价离子电池有机正极设计提供理论支撑。

高平教授团队聚焦有机电极材料的分子结构设计与储能机制、新型电池体系、卤化物固态电解质等方向开展系统研究，已在多种国际期刊发表研究成果。

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来源：湖南日报·新湖南客户端

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