AFM: 水系锌 - 有机电池中由连续电负性区域赋能的一种高压有机正极材料

文章总结

N 型有机物可用作水系锌离子电池的正极材料，具有较高的理论容量。然而，它们的工作电压通常低于 1V（相对于 Zn²⁺/Zn），这极大地限制了这类电池能量密度的提升及其实际应用。为了解决这一问题，设计了一种亚胺化合物 3-5,6,11,12 - 四氮并四苯（3TANC），其特点是存在连续的负静电势区域。这一特性使得其最低未占分子轨道（LUMO）能级更低，并能实现 1.05V（相对于 Zn²⁺/Zn）的高平均放电电压。较高的工作电压使 3TANC 在 0.1A/g 的电流密度下能够实现 215 Wh/kg 的能量密度。此外，在 2A/g 的电流密度下循环 1000 次后，其容量保持在 94.38%。另外，3TANC 还表现出储存铵根离子（NH₄⁺）的能力，具有−0.1V（相对于饱和甘汞电极，SCE）的高平均放电电压，并且在 0.1A/g 的电流密度下可提供 267.84mAh/g 的比放电容量。而且，3TANC 铵离子半电池在 5A/g 的电流密度下循环 2100 次后仍能保持 100% 的容量。在 2mol/L 的硫酸铵（(NH₄)₂SO₄）电解液中，Zn||3TANC 混合离子电池展现出优异的循环稳定性，在 2A/g 的电流密度下循环 13800 次后容量保持率达到 90.23%。这项工作为设计高电压有机正极材料提供了一种新的思路。

图文简介

连续电负性区域降低最低未占分子轨道（LUMO）能级的示意图

3TANC 和 TPHATP 的分子表征及电化学性能的比较

3TANC（3-5,6,11,12 - 四氮并四苯）的合成、表征以及理论计算

Zn||3TANC 电池的电化学性能

对 3TANC 正极材料离子存储机制的初步研究

3TANC 铵离子电池的电化学性能

论文信息

通讯作者： Ze Yang, Dongliang Chao, Yaqun Wang

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