聚（蒽醌硫醚）和聚（苯醌硫醚）在容量和循环稳定性方面有何区别？钠离子电池负极的关键权衡因素

聚（苯醌硫醚）提供更高的初始容量，而聚（蒽醌硫醚）则表现出明显更好的循环稳定性。 聚（苯醌硫醚）的容量可达 268 mAh/g，理论能量密度据报道为 557 Wh/kg，但其每个循环损失约 0.88 mAh/g，且在 100 次循环后仅保持 68% 的容量。聚（蒽醌硫醚）可提供 220 mAh/g 的容量，达到其理论储钠容量的 98%，并在 500 次循环后保持 85% 的容量。

选择时需要在容量与耐久性之间进行权衡： 聚（苯醌硫醚）在最大化初始能量方面具有吸引力，而当需要长使用寿命、倍率性能和可用容量保持率时，聚（蒽醌硫醚）是更强的候选材料。

两种聚合物负极的比较

初始容量与实际容量

聚（苯醌硫醚）报道的初始放电容量更高，为 268 mAh/g。

聚（蒽醌硫醚）提供 220 mAh/g，但这相当于其在 1.5 V 和 2.0 V 附近两个放电平台上理论储钠容量的 98%。这表明，虽然其绝对容量较低，但对设计的存储位点利用率极高。

能量密度的影响

聚（苯醌硫醚）的理论能量密度据报道为 557 Wh/kg，这使其在以最大化重量能量为主要目标时具有吸引力。

然而，如果容量在反复循环过程中迅速衰减，理论或初始能量优势并不一定能转化为优越的实际电池性能。

为什么聚（蒽醌硫醚）更稳定

长期容量保持率

聚（蒽醌硫醚）在 1600 mA/g 的电流密度下，500 次循环后仍保持 85% 的容量。

相比之下，聚（苯醌硫醚）尽管初始容量较高，但在 100 次循环后仅保持 68% 的容量。其报道的每个循环 0.88 mAh/g 的损失率表明其降解速度明显更快。

倍率性能

聚（蒽醌硫醚）在 6400 mA/g 下可提供 160 mAh/g 的容量，展示了在高电流运行下的强大性能。

现有数据未提供聚（苯醌硫醚）同等的高倍率结果，因此仅凭这些数据无法直接对其倍率性能进行排名。尽管如此，长期循环数据显然更偏向于蒽醌聚合物。

结构设计的影响

该比较说明了有机钠离子电池负极的一个重要原则：具有更高理论容量的聚合物并不自动成为更好的电极。

如果一种材料能有效利用其活性位点并在数百次循环中保持该容量，那么它可能比容量稍高的材料更有价值。

理解权衡因素

何时更高初始容量更重要

聚（苯醌硫醚）对于专注于最大首周容量和高理论能量密度的应用或筛选研究具有吸引力。

当在长期循环成为决定性因素之前评估能量密度时，其 268 mAh/g 的初始容量具有显著优势。

何时耐久性更重要

聚（蒽醌硫醚）更适用于需要重复充放电操作、高电流密度和在长测试周期内保持稳定容量的应用。

其在 500 次循环后 85% 的保持率，比聚（苯醌硫醚）仅在 100 次循环后 68% 的保持率表现出更强的耐久性。

避免不公平的比较

所报道的测量结果使用了不同的循环条件和持续时间，因此这些数值不应被视为经过严格控制的直接对比。

为了进行最终的材料选择，两种聚合物应在相同的电极成分、质量负载、电压窗口、电流密度、电解液和循环次数下进行测试。

为您的目标做出正确的选择

合适的聚合物取决于项目优先考虑的是峰值容量还是持续的电化学性能。

• 如果您的主要关注点是最大初始容量或理论能量密度： 优先选择聚（苯醌硫醚），它提供 268 mAh/g 的容量和 557 Wh/kg 的理论能量密度。
• 如果您的主要关注点是循环稳定性： 优先选择聚（蒽醌硫醚），它在 500 次循环后保持 85% 的容量，而聚（苯醌硫醚）在 100 次循环后保持率为 68%。
• 如果您的主要关注点是高倍率运行： 优先选择聚（蒽醌硫醚），它在 6400 mA/g 下可提供 160 mAh/g 的容量。
• 如果您的主要关注点是平衡的储钠利用率： 优先选择聚（蒽醌硫醚），它在两个电压平台上达到了其理论容量的 98%。

对于实际的钠离子电池开发，聚（蒽醌硫醚）提供了更稳健的整体性能，而当初始容量是主要目标时，聚（苯醌硫醚）仍然具有吸引力。

总结表：

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