南京邮电大学：用于高性能超级电容器的多孔有机聚合物

颗粒在线讯：为了解决全球变暖问题和化石能源短缺，迫切需要环保和可持续的可再生能源技术。与能量转换相比，能量储存方面的研究相对滞后，仍有待进一步探索。通过在电极表面存储电化学过程的能量，超级电容器（SCs）弥合了静电双层电容器和电池之间的性能差距。有机电极材料因其特殊的功率密度、良好的循环效率和优异的循环稳定性而受到广泛关注。多孔有机聚合物（POPs）作为SCs中有吸引力的电极材料引起了人们广泛的关注。

近日，南京邮电大学赖文勇教授从合成策略和持久性有机污染物的结构-性能关系的角度综述了POPs作为SCs的有效电极材料的最新进展和设计原则。最后，对POPs在SCs中的应用前景进行了展望。

本文要点：

1）根据储能机制，SCs可分为两类，即EDLCs和准电容器。对于EDLCs，其储能特性强烈依赖于电极和电解质之间界面上的静电荷吸附，这涉及一个物理过程。根据最近的研究，孔径、孔连通性、比表面积、润湿性和纳米结构对EDLCs的性能有关键影响。随着EDLC和赝电容器的结合，开发混合SC，例如具有EDLC电极和赝电容电极的混合SC装置以及具有大表面积和赝电容的混合电极材料，已经成为同时实现高功率密度和能量密度的有效途径。

2）COFs是通过可逆反应制备的结晶POPs，具有周期性的有机构筑块顺序。可逆反应被用来通过“误差修正”来提供具有长程有序的热力学稳定网络。COFs其孔隙率高、孔道可调、孔道可调、结构清晰、骨架结构多样等特点，在气体分离与储存、光电器件、能量转换、储能、多相催化等领域得到了广泛的应用。精准的化学结构、可调的孔大小和孔几何结构使COFs成为极具吸引力的电化学应用材料。人们已经采用了许多策略来提高它们的电化学性质。例如，通过选择合适的连接基序和构建单元，可以构建稳定的氧化还原COF，并制备出具有高效传质和高导电性的COF杂化材料。

3）非晶POPs一般包括HCPs、PIMs、CMPs和多孔芳烃骨架（PAFs）。与晶态COF相比，非晶POPs可以在温和的条件下通过广泛的化学反应制备出来。对于非晶态POPs，线性聚合物的化学反应可用于非晶态POPs的形成。因此，人们制备了大量不同化学含量、形貌和孔结构的非晶POPs，为探索影响SC性能的因素提供了一个有吸引力的平台。

4）可充电电池作为一种可以直接储存电能的电池，目前已经得到了越来越多的关注。近年来，人们对基于POP的可充电电池电极和电解液进行了广泛的研究。一方面，基于刚性共价网络的POPs具有良好的稳定性和便于电解液离子传输的开孔，是很有吸引力的可充电电池电极材料。另一方面，功能性POPs表现出较高的离子导电性(Li+和Na+)，显示出其作为电池固态电解液材料的巨大潜力。由于其多孔结构，POP已被用作锂离子电池(LIB)的正极材料和固体电解质，以及钠离子电池(SIB)和钾离子电池(KIBs)的负极材料。

文章链接：

Xu Liu, et al, Porous organic polymers for high-performance supercapacitors, Chem. Soc. Rev., 2022

DOI: 10.1039/d2cs00065b

https://doi.org/10.1039/d2cs00065b