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鋁離子電池 (AIB) 因其優越的安全性和長壽命的能量存儲的有前景的特性而引起人們的興趣。具有工程活性基團的有機材料被認為有希望提高儲能能力。然而，相應的能量密度（需要電壓平臺和足夠的活性位點）和穩定性仍然較差。

由于存在芳香族 π 共軛平面大環，卟啉在最高占據分子軌道 (HOMO) 和最低占據分子軌道 (LUMO) 之間保持小間隙，從而通過快速電子吸收和釋放實現高氧化還原活性。北京理工大學的宋維力、焦樹強教授等人將π-共軛有機卟啉分子，即即5,10,15,20-四苯基卟啉（H₂TPP）和5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（H₂TCPP）作為 AIBs 的正極材料。

圖1 Al-卟啉電池的電化學性能

由于與鋁絡合物陽離子高度可逆的配位/解離，H₂TPP在 200 mA g^-1下表現出超過5000次循環的長期循環穩定性。與H₂TCPP的比容量（100 mA g^-1時≈24 mA hg^-1）相比，H₂TPP的增強能力（100 mA g^-1時≈101 mA hg^-1）歸因于去除了羧基官能團，其在降低通過吸電子效應誘導的卟啉的堿性中起作用。此外，還研究了AlCl₂⁺與卟啉之間的電化學反應機理以及電極表面的離子擴散行為。研究結果為開發用于安全穩定儲能的長效有機鋁電池搭建了平臺。

圖2 H₂TPP和H₂TCPP電極材料的動力學分析

圖3? H₂TPP的表征和DFT計算

Stable High-Capacity Organic Aluminum–Porphyrin Batteries. Advanced Energy Materials. 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101446

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?北京理工AEM: 穩定的大容量有機鋁-卟啉電池

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