南开大学焦丽芳教授Angew：循环5000次！共轭质子化聚苯胺的氟化处理实现高性能钠双离子电池！

目前，钠基双离子电池（SDIBs）由于钠的低成本和丰富的自然资源而被广泛研究。然而，由于缺乏合适的正极材料，高容量和高能量密度的SDIBs的发展受到限制。

鉴于此，南开大学焦丽芳教授设计了一种新型氟化聚苯胺-H+/碳纳米管(FPHC)作为高效PF6-存储的正极。研究显示，PF6-中的F-易与FPHC中的-NH-上的H形成共价键，因此PF6-可与FPHC稳定配位，呈现对称结构。结果，FPHC正极在2 A g-1下循环2000次后显示出73 mAh g-1的高度可逆容量，这为先进的钠双离子电池(SDIBs)(310Wh kg-1/7720 W kg-1）提供了坚实的基础。此外，相关的软包SDIBs可以驱动带有电机的真空吸尘器模型。因此，这项工作可能会为SDIBs的稳健正极的新兴策略提供启示。

文章要点：

1. 这项工作首次成功地将氟元素引入质子化PANI/CNT复合材料（FPHC）中，以稳定PF 6-的储存性能。引入F元素后FPHC 的HOMO-LUMO间隙可以减小，这意味着更好的导电性。

2. PF 6-和FPHC之间可逆且稳定的共价键来源于PF 6-中的F和FPHC中-NH-上的H，整个优化后的PF 6-FPHC分子结构趋于对称，保证了FPHC在高电流密度下的循环稳定性。

3. 当FPHC正极与类纳米硬碳(NLHC)负极结合时，SDIBs可以提供高能量/功率密度(310Wh kg -1/7720W kg -1)，并以2 A g -1的高倍率稳定循环高达5000次。

4. 同样，组装的软包SDIBs可以驱动带有小电机（3 V，1 W）的电动真空吸尘器模型，表明设计的SDIB具有足够的能量/功率输出。

图1 FPHC//NLHC SDIB示意图及FPHC的表征

图2 FPHC的电化学性能

图3 理论计算

图4 FPHC//NLHC电池的性能及软包电池应用演示