2月18日
发光材料与器件全国重点实验室
黄飞教授团队
与天津大学许运华教授团队等合作
首次成功制备出高负载有机电极
并研发出能量密度
突破250 Wh/kg的有机软包电池
相关研究成果在Nature发表

论文截图
许运华教授与黄飞教授
为该文章共同通讯作者
天津大学博士研究生李振飞
与华南理工大学副教授唐浩然
为共同第一作者
相较于传统的锂电池
除了环境友好、更加安全、更高性能
本研究又有哪些值得一探究竟的
“硬核”技术呢?
光电高分子技术
助力突破传统锂电池技术瓶颈
目前,商用锂电池多采用钴、镍等无机矿物作为正极材料,面临资源紧张、安全性不足及柔性差等挑战。
相比之下,有机电极材料来源广泛、结构可设计、具有本征柔韧性,被视为下一代绿色电池的理想候选材料。然而,其本征导电性差,面临难以实现高负载电极制备等问题,长期制约其实用化进程。

光电高分子兼具无机半导体的光电特性与有机高分子的加工、柔性等优势,已成为全球科技与产业竞争的核心领域之一。
黄飞教授团队长期致力于光电高分子研究,于2022年创新性提出“氧化聚合-还原掺杂”相结合的合成新策略,成功制备出兼具超高导电率与优异空气稳定性的n型导电高分子聚(苯并二呋喃二酮)(PBFDO),实现n型导电高分子领域的重大突破(Nature, 2022, 611, 271),并为导电高分子基电解电容器的国产化提供了关键技术支撑。
在此基础上,研究团队历经多年系统攻关,进一步系统调控材料主链的电子载流子和锂离子的耦合行为,成功开发出兼具高电子导电率、高比容量以及高锂离子扩散系数的有机正极体系,即高性能有机电极材料——PBFDO电极。

图 1 高性能有机电极材料的设计策略
PBFDO电极的电导率超过2000 S cm−1,锂离子扩散系数高达10−8 cm2 s−1,可实现高达206 mg cm−2的电极质量负载和超过42 mAh cm−2的面容量(图1c)。

此种高性能有机电极材料有效突破了传统有机电极材料导电性差、高负载电极制备困难等关键技术瓶颈,展示了有机电极材料在实用化储能系统中的可行性,标志着有机电池技术从实验室研究向产业化应用迈出了实质性一步。
除了更高性能
我还能 Hold 住极寒与高温!
研究团队还进一步
成功制备出
安时级有机软包电池的原型
——PBFDO软包电池

图 2 PBFDO软包电池及电化学性能
该电池不仅在常温条件下循环稳定,更展现出在极端温度环境下的可靠工作能力,为下一代高性能、绿色可持续电池技术的发展开辟了新路径。

目前,团队正加快推进有机锂电池的实用化进程。n型导电高分子PBFDO材料已获国家重点研发计划颠覆性技术创新专项论证支持,以及江海电容器、新宙邦等产业基金支持在聚镕光电(广州)新材料科技有限公司实现产业转化,面向全球100+科研院校/企业实现材料供应。
从关键材料技术的攻关
到高性能电池体系的构建
“华工智慧”为高性能电池自主创新
与国产化发展注入硬核动力
期待未来涌现出
更多的前沿技术新突破!
党委宣传部(融媒体中心)
微信编辑:黄明华
初审:冀早早
复审:卢庆雷
终审:夏正林
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