An Extended π‐Conjugated Porous Polymer with Dense Multiple Redox Centers Boosts High‐Efficiency Sodium‐Ion Storage

材料科学 氧化还原 共轭体系 多孔性 密度泛函理论 化学工程 聚合物 电极 电池(电) 平面的 储能 合理设计 有机自由基电池 纳米技术 能量密度 电化学储能 科技与社会 反应机理 可持续能源
作者
Meng Zhang,Zhibin Zhao,Zhaopeng Sun,Fangyuan Kang,Qichun Zhang,Weiwei Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202521114
摘要

Abstract Developing new organic electrodes with high specific capacities, fast reaction kinetics, and superior rate capabilities for high‐performance sodium‐ion batteries remains a critical challenge. Integrating dense multiple redox centers and extensive π ‐conjugated frameworks into one system can be a promising strategy. Here, a polyimide‐based conjugated porous polymer (namely HAT‐DAAQ) is designed with large π ‐conjugation and dense active sites for efficient Na + storage. As the connecting ligand, hexaazatriphenylenehexacarboxylic acid trianhydride (HAT‐T) provides highly dense C═N and C═O active sites and stable planar conjugated architectures, while 2,6‐diaminoanthraquinone (DAAQ) introduces additional C═O electroactive centers and enables their rational distribution across the molecular skeleton. Demonstrated as a high‐performance organic electrode, HAT‐DAAQ delivers a reversible discharge capacity of 441 mAh g −1 at 0.1 C with almost full utilization of active sites and an excellent rate capability of 327.4 mAh g −1 at 5.0 C. Assembled with Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 cathode, the full battery maintains an energy density of 122 Wh kg −1 total mass , superior to most reported polyimide‐based batteries. Additionally, density functional theory calculations and spectroscopic experiments elucidate a 24‐electron storage mechanism induced by C═N and C═O redox reactions. This investigation underscores the pivotal role of molecular‐level structural regulation in achieving efficient and sustainable Na + storage.
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