【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于能源存儲，涉及一種含有多氧化還原活性位點的供體受體多孔芳香框架用作鉀離子電池的正極材料。供體受體結構能夠促進電荷轉移，從而加速反應動力學，提高鉀離子電池的比容量。
技術介紹
1、高能量密度的鋰離子電池是目前領先的電化學儲能技術，但鋰資源的分布不均勻和快速消耗，引起了人們對其可持續性和成本的關注。并且隨著對便攜式電子產品、電動汽車、大規模儲能設備等各種應用需求的不斷增長，具有資源可再生性、高能量密度的可充電電池技術成為緊急需求。
2、在這方面，由于鉀的高自然豐度(1.5％，鋰為0.0017％)和較低的k+/k電位，鉀離子電池引起了越來越多的研究興趣。并且基于較小的斯托克斯半徑和較低的溶劑化能，鉀離子電池更能適應工作溫度的變化，并在低溫下實現快速動力學。然而，k+具有更大的直徑(鋰離子為)和較重的質量。這種大尺寸的k+的重復嵌入/脫出會導致無機電極材料的嚴重體積變化和電極動力學的緩慢。相比之下，有機電極材料由于其靈活的結構可設計性、高水平的功能性和環境友好性近年來已被廣泛應用于各種可充電金屬離子電池(鋰、鋅、鋁離子電池等)中。c＝n、c＝o、n＝n等有機分子中的內置基團可以作為金屬離子存儲的反應活性位點。考慮到有機小分子電極在有機電解質中容易溶解的問題，將氧化還原活性基團固定到多孔的二維或三維(2d或3d)框架中已經得到了廣泛的探索，并證明了是獲得更可靠電極的有效策略。
3、多孔芳香框架(paf)作為一種新興的多孔材料，表現出豐富的優良特性，如輕質、定制的孔隙結構和可調的骨架結構。多孔芳香框架由
技術實現思路
1、本專利技術為改善目前大多數鉀離子電池電極材料普遍存在的容量低、循環穩定性差和倍率性能不穩定等問題，提供一種可作為鉀離子電池的正極材料的多孔芳香框架材料及其制備方法。
2、上述的技術問題通過以下的技術方案實現：
3、一種供體受體基多孔芳香框架材料，記為d-a?paf，結構如下：
4、
5、一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，有以下步驟：
6、1)以化合物1和化合物2為原料，通過席夫堿反應，在乙酸溶液中回流40小時合成化合物3，所述化合物1是環己六酮，化合物2是4-溴-1,2-苯二胺；所述化合物3的結構式如下：
7、
8、2)以化合物4為原料，通過連二亞硫酸鈉還原反應，在乙醇和水的混合溶液中回流3小時合成化合物5，所述化合物4是吩嗪；所述化合物5的結構式如下：
9、
10、3)化合物3與化合物5、碳酸鉀、醋酸鈀在有機溶劑中回流48小時，反應在惰性氣體的氛圍中進行，得到化合物6，即所述的供體受體基多孔芳香框架材料；所述有機溶劑為甲苯。
11、作為優選，步驟1)中，化合物1與化合物2的摩爾比為1：4，整個反應在惰性氣體氛圍中進行。
12、作為優選，步驟2)中，反應要在惰性氣體氛圍中進行，整個反應過程避免接觸空氣，以防止產物被氧化。
13、作為優選，步驟3)中，化合物3與化合物5的摩爾比為2：3。
14、一種超低溫有機電池，是使用所述的供體受體基多孔芳香框架材料(d-a?paf)作為正電極材料的鉀離子電池，按以下步驟制備：
15、1)將d-a?paf、乙炔黑、pvdf按照質量比6:3:1，加入溶劑nmp(n-甲基吡咯烷酮)研磨成均勻的漿料，然后利用涂覆機涂覆在鋁箔上；
16、2)將涂覆好的鋁箔放在80℃的烘箱中烘干12小時，除去殘留的溶劑；
17、3)將步驟2)烘干后的電極片切割成直徑為12mm的圓形電極片備用；
18、4)電池的組裝：采用2025型的扣式電池，在負極殼中依次放入圓形電極片、隔膜、電解液、鉀片、墊片、彈片、正極殼，之后用封裝機封裝上，得到鉀離子2025型扣式電池，之后使用藍電/新威電池測試系統進行恒流充放電測試。
19、作為優選，步驟4)中，所述電解液是濃度為1mol/l的kpf6的乙二醇二甲醚溶液，體積為100ul，所述隔膜為玻璃纖維膜。
20、有益效果：
21、1、本專利技術合成的d-a?paf具有多個氧化還原中心，作為鉀離子電池的正極材料表現出了較高比容量和良好的穩定性，在200mag-1的電流密度下，表現出210mah?g-1左右的比容量，即使在30ag-1的電流密度下，能夠持續循環11000圈而未出現明顯的衰減。
22、2、d-a?paf作為鉀離子電池的正極材料在低溫條件下能表現出良好的可逆比容量。在-20℃時，200mag-1的電流密度下能夠表現出170mah?g-1左右的容量。在-40℃時，200mag-1的電流密度下能夠表現出140mah?g-1左右的比容量。在-80℃時，50mag-1的電流密度下能夠表現出75mah?g-1左右的比容量。
23、3、本專利技術合成的d-a?paf材料易于合成，成本低，電化學表現突出，易于大批量生產。
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1.一種供體受體基多孔芳香框架材料，記為D-A?PAF，結構如下：
2.一種權利要求1所述的供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，有以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，化合物1與化合物2的摩爾比為1：4，整個反應在惰性氣體氛圍中進行。
4.根據權利要求2所述的一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，反應要在惰性氣體氛圍中進行，整個反應過程避免接觸空氣，以防止產物被氧化。
5.根據權利要求2所述的一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中，化合物3與化合物5的摩爾比為2：3。
6.一種超低溫有機電池，是使用權利要求1所述的供體受體基多孔芳香框架材料作為正電極材料的鉀離子電池，按以下步驟制備：
7.根據權利要求6所述的一種超低溫有機電池，其特征在于，步驟4)中，所述電解液是濃度為1mol/L的KPF6的乙二醇二甲醚溶液，體積為100uL，所述隔膜為玻璃纖維膜。
【技術特征摘要】
1.一種供體受體基多孔芳香框架材料，記為d-a?paf，結構如下：
2.一種權利要求1所述的供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，有以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，化合物1與化合物2的摩爾比為1：4，整個反應在惰性氣體氛圍中進行。
4.根據權利要求2所述的一種供體受體基多孔芳香框架材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，反應要在惰性氣體氛圍中進行，整個反應過程避免接觸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王恒國，朱廣山，于杰，程麟淇，張旭鵬，
申請(專利權)人：東北師范大學，
類型：發明
國別省市：
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