为践行双碳战略和赋能绿水青山，能源是主战场，电力是主力军，电化学储能是重要载体，电极活性材料则决定着电池的服役性能与成本效益。目前，活性材料以过渡金属化合物等无机材料为主，长远看将面临能量受限、资源耗尽、不可持续、成本高、回收难等挑战。以有机聚合物为电极活性材料兼具理论容量高、反应动力学快、来源丰富、可再生、成本低、易加工等潜在优势，成为极具潜力的新一代储能电池材料。然而，有机聚合物电极因活性基团数有限、活性位点暴露受限和电化学利用率低等因素，致使其实际比容量偏低。同时，绝大多数聚合物呈本征电子绝缘性，通常在电极制作时需要添加大量的碳质导电剂，导致电池能量密度大幅降低（导电碳对正极容量贡献极小）。此外，羰基聚合物基于可逆锂烯醇化反应机制，通常用作正极材料，因受制于低电位下（<1.5 vs. Li⁺/Li）聚合物骨架的稳定性，很少报道羰基聚合物为储锂负极，而以同一羰基聚合物为正、负极构建有机全电池的研究几乎未见报道。鉴于此，设计制备比容量高、导电性强、结构稳定的双极性聚合物基活性材料，并以其为正、负极构建对称全电池，对提高电池的服役性能与成本效益具有重要的学术价值和科学意义。

  中南民族大学杨应奎教授团队基于大分子链工程和核壳结构调控策略，设计制备了以碳纳米管为导电内核、聚(醌-酰亚胺)为电化学活性壳层的核壳结构复合材料，并以其为对称电极构建了高性能聚合物基全电池。12月4日，相关成果以“Rational Integration of Carbon Nanotubes into Chain-Engineered Bipolar Polyimides as Core-Shell Heterostructured Electrodes for Polymer-Based Symmetrical Full Batteries”为题，在线发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202211590）。

  该工作首先以2，6-二氨基蒽醌（DAAQ）与系列二酸酐单体进行缩聚反应，制备出系列具有不同链结构的聚(醌-酰亚胺)（图1）。研究发现：均苯四甲酸二酐（PMDA）与DAAQ缩聚形成分子量适度的醌基聚酰亚胺（PMAQ），因其共轭效应强、LUMO-HOMO能带隙窄，表现出最高的比容量和最佳的倍率性能。

  在此基础上，通过PMDA、DAAQ单体在溶液反应过程中掺入碳纳米管，致使PMAQ在碳纳米管表面原位缩聚生长为交织的纳米片，得到核-壳异质结构复合材料(CNT@PMAQ)（图2），改变反应时间可以调节PMAQ壳层厚度。准一维CNT@PMAQ相互连接形成3D分层纳米网络，其中碳纳米管内核提供高效的电子传输路径，而壳层PMAQ纳米片密集交错提供丰富的多孔通道，协同促进羰基和活性位点暴露、电解质渗透和离子快速扩散。

  研究发现：以CNT@PMAQ为正极，在0.05 A g^-1时比容量高达163 mAh g^-1；以CNT@PMAQ为负极，因其共轭芳环超锂化机制，在0.05 A g^-1时比容量高达1158 mAh g^-1。进一步利用CNT@PMAQ独特的双极性特征，以其为对称电极构建聚合物基全电池，其稳定工作电压达1.8 V，兼具高能量密度、高功率密度和长循环性能（图3, 4）。该工作基于链工程化策略，构造独特的无机/有机核-壳异质纳米结构，提高聚合物电极活性基团数和活性位点利用率，实现了高倍率电荷存储；基于双极性聚合物电极构建对称全电池，为发展高性能、低成本、可持续的新型有机电池提供了新方法和新观点。

  论文第一署名机构为中南民族大学，第一作者为章庆博士，通讯作者为杨应奎教授。该工作得到国家自然科学基金（52173091, 51973235）、国家民委领军人才支持计划（MZR21001）和湖北省创新群体项目（2021CFA022）等资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202211590