编辑推荐：
为解决高功率二次电池电极在高电流下结构退化、容量衰减问题，研究人员开展多孔有机框架电极容量刷新策略研究。通过间歇低电流释放被困离子，使电极在 20 C 下循环超 6 万次，为设计高功率长循环有机电极提供新方向。
在能源存储领域，高功率二次电池的发展面临着关键挑战：如何让电极在高功率条件下保持长久的耐用性。传统电极材料在高电流密度下长期循环时，往往会因结构疲劳和离子存储过程中的快速变化而出现性能衰退，尤其是离子被困在电极材料内部无法有效参与循环，导致容量逐渐下降。有机电极材料虽凭借灵活的分子骨架和开放的多孔结构展现出高功率应用潜力，但同样存在容量衰减问题，其核心原因包括分子骨架坍塌和离子被困，这使得开发既能维持骨架稳定性又能激活被困离子的高功率长循环有机材料成为迫切需求。
为攻克这一难题，华侨大学、宁夏大学、南洋理工大学、上海交通大学等机构的研究人员开展了相关研究。他们聚焦于一种具有阳离子骨架的多孔有机框架（AP-FW）电极材料，提出了容量刷新策略，并取得了突破性成果。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为高功率长循环有机电极的设计提供了全新思路。
研究人员采用了多种关键技术方法来探究和验证这一策略。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析三嗪基团的变化，利用原位拉曼光谱监测联吡啶段的电化学过程，借助固态7Li 核磁共振（NMR）技术观察锂离子的移动性，运用分子动力学模拟揭示离子在框架内的分布和相互作用，同时通过电化学测试评估电极的循环性能和容量刷新效果。
容量刷新现象
研究发现，AP-FW 电极在 20 C（6 A/g）的高电流密度下循环 10,000 次后，放电容量从初始的 153 mAh/g 下降至 110 mAh/g。然而，当以 0.5 C 的低电流进行 10 次刷新循环后，容量恢复至 148 mAh/g，接近初始容量。更为显著的是，这一刷新过程可周期性重复，使电极在 20 C 下实现了超过 60,000 次的长循环，远超多数知名有机电极的高倍率循环寿命。
刷新机制解析
- 作用位点：AP-FW 的三嗪和联吡啶段是关键的离子存储位点。FTIR 结果显示，循环后三嗪信号减弱，刷新后显著恢复，表明被困锂离子被有效释放；原位拉曼光谱显示，刷新过程中联吡啶段的 V?+ 信号减弱，说明其更完全地还原为 V0，提升了阴离子存储容量。
- 离子陷阱与二次 confinement：阳离子骨架与多孔结构导致离子以接触离子对（CIPs）、溶剂共享离子对（SIPs）等形式被困。高电流下，离子快速扩散形成聚集的 SIPs，压缩离子空间并引发局部极化，导致容量衰减。低电流刷新时，离子扩散时间增加，SIPs 解离，释放被困离子。
- 关键参数：临界刷新电流因子（IRe）即工作电流与刷新电流之比，当 IRe超过 2 时，容量至少增加 5%，超过 5 时刷新效率显著提升。固态 NMR 和阻抗测试表明，刷新后锂离子移动性增强，电极阻抗降低。
材料要求
实验证实，阳离子骨架和多孔结构是容量刷新的必要条件。中性框架（AB-FW）和孔道填充框架（fAP-FW）均无明显容量刷新现象，表明离子化多孔框架是实现该策略的前提。此外，该策略可应用于不同工作离子和速率，展现出广泛的适用性。
研究结论表明，多孔有机框架电极的容量刷新策略通过低电流激活被困离子，有效解决了高功率下的容量衰减问题。AP-FW 电极凭借这一策略实现了 60,000 次长循环，同时具备 28 kW/kg 的比功率和 554 Wh/kg 的比能量（基于活性材料）。这一成果不仅揭示了容量刷新的动态机制，丰富了有机电极的设计原理，还为开发高功率、长循环的新型电池电极提供了可行路径，有望推动高能量密度储能设备的实际应用，在新能源领域具有重要的科学意义和应用价值。
