许运华、杨继兴：有机电极材料方向取得新进展

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近期，天津大学材料学院的杨继兴博士和许运华教授通过“近平面化”的分子设计思想，提升了苯醌基有机电极材料电化学性能。该项改进使优化的苯醌二聚体分子BBQB，初始比容量达到370 mAh/g，0.1C下循环100圈后，仍然能保持306 mAh/g的比容量(图1c)，这一性能超过了当前已报道的所有苯醌基小分子电极材料和绝大部分聚合物电极材料。

图1.(a)设计合成的三种苯醌基化合物及其经DFT优化的分子结构；(b)三种苯醌基化合物的电极片在相同醚类电解质的溶解性对比；(c)三种苯醌基化合物在0.1C下的循环性能.

       目前，锂离子电池应用规模不断扩大，基于过渡金属化合物的无机电极材料在成本控制、能量密度提升和环境友好度等方面存在着一系列挑战，相比于无机电极材料，有机电极材料具有许多优点。但有机电极材料的实际应用也存在着许多实际困难，其中最突出的问题是活性分子容易溶解在有机电解液中。活性分子的“流失”会导致实测比容量低于理论值、循环稳定性差等一系列问题。苯醌就是一种高价值的氧化还原活性单元，平均放电电压为2.7 V，理论比容量高达496 mAh/g，但是苯醌极易溶于有机电解液，循环稳定性非常差。通过苯醌分子进行优化设计加强电化学性能是目前电极材料的研究重点。
       这一成果近期发表在Advanced Functional Materials上(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201909597)。研究者们将这一分子设计思想延伸到了蒽醌体系，也大幅提升了蒽醌基电极材料的电化学性能（ChemSusChem 2020, DOI: 10.1002/cssc.201903227）。


       文章来源：天津大学
       许运华，天津大学材料科学与工程学院教授，2015年中组部青年计划获得者。2002年毕业于郑州大学，获应用物理学学士学位；2008年在华南理工大学获得材料物理与化学博士学位，博士学位论文被评为2010年度全国优秀博士学位论文。2006年在加州大学圣芭芭拉分校做交换学生，之后先后在美国加州大学圣巴巴拉分校、美国马里兰大学和美国爱荷华州立大学从事有机光电材料、储能材料和器件等方面的研究工作。目前主要从事电化学储能材料与器件的研究，包括高比能锂-硫电池、钠/钾离子电池、锂-有机电池及电池电化学过程等。已在Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.等国际学术期刊上发表论文80余篇，论文被他人引用7000余次，H因子为41。