高性能水系鋅有機電池

高活性和穩(wěn)定的正極是開發(fā)高容量、快速氧化還原動力學(xué)和長壽命的水溶液有機鋅電池的關(guān)鍵。

文章要點

1）理論計算揭示了硝基結(jié)構(gòu)異構(gòu)對芳香骨架的重要影響，它改變了分子內(nèi)電子分布和主體能級，導(dǎo)致不同的親鋅活性和氧化還原動力學(xué)。研究人員綜合研究闡明了陽離子Zn(OTF)+（三氟甲磺酸鹽，OTF -= CF3SO3?）配合物在硝基芳烴基陰極中的兩步氧化還原反應(yīng)。與堿金屬離子電池完全不同，這種電荷存儲機制阻止硝基芳烴重新排列它們的構(gòu)型并與相鄰的硝基基元共享Zn2+,從而降低去溶劑化能量損失并在電化學(xué)反應(yīng)中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2）得益于穩(wěn)定和強大的多電子氧化還原，封裝在碳納米花中的p-DB（p-DB@CF）作為有機正極提供了402 mAh g-1的大可逆容量，以及高達25000次循環(huán)的出色穩(wěn)定性，這使鋅有機電池具有230 Wh kg-1的高能量密度。此外，硝基芳烴的電化學(xué)指標(biāo)可以通過調(diào)節(jié)硝基苯骨架上帶有吸電子/推電子功能取代基的側(cè)基來控制。

1）作者首先詳細(xì)總結(jié)了水性ZOB的離子儲存機制，然后介紹了分析其動態(tài)行為的主要方法。

2）隨后，基于離子存儲機制和分子結(jié)構(gòu)特征，系統(tǒng)地總結(jié)了現(xiàn)有有機電極材料的新進展和設(shè)計策略，包括n型、p型和雙極型電極材料。隨后，我們首次總結(jié)了這些有機電極材料的主要合成策略。

3）作者重點介紹了水系ZOBs現(xiàn)有的改進策略，以在其比容量、工作電壓、倍率性能和循環(huán)壽命方面獲得更高的電化學(xué)性能，并實現(xiàn)更低的制備成本。

4）后，作者討論了水系ZOBs實現(xiàn)實際應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)。提出了水系ZOBs的合理觀點和有前途的探索方向，以指導(dǎo)研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，實現(xiàn)更綠色的可充電世界。