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東大孫筱琪Nat. Cummun.：用于可充水系鋅-有機(jī)電池的高容量小分子醌正極

可充水系鋅-有機(jī)電池是一種采用低成本水系電解質(zhì)和鋅金屬負(fù)極的有前景儲(chǔ)能系統(tǒng)。其電化學(xué)性能可以通過(guò)有機(jī)正極材料的分子設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。

東北大學(xué)孫筱琪等人采用對(duì)稱(chēng)的小分子四氨基-對(duì)苯醌（TABQ）作為水系鋅-有機(jī)電池正極材料。

圖1 用于可充水系鋅-有機(jī)電池的高容量小分子醌正極

TABQ的四個(gè)氨基可用于在弱酸性鋅電解質(zhì)中質(zhì)子化，這將創(chuàng)建質(zhì)子活性環(huán)境并啟動(dòng)質(zhì)子插入。同時(shí)，氨基和羰基之間形成氫鍵，因此該化合物即使在高溫下也不會(huì)升華。更重要的是，氫鍵網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)氫鍵的斷裂和重整實(shí)現(xiàn)輕松的質(zhì)子傳導(dǎo)。

圖2 TABQ正極在水系鋅-有機(jī)電池中的電化學(xué)性能

因此，電荷轉(zhuǎn)移和質(zhì)子擴(kuò)散的活化能低于300 meV。在鋅-有機(jī)電池中，TABQ正極在0.1 A g^-1時(shí)可提供303 mAh g^-1的高容量。隨著電流密度增加到5 A g^-1，仍可保持213 mAh g^-1的容量，并且穩(wěn)定循環(huán)1000次。這項(xiàng)工作提出了一種實(shí)現(xiàn)高性能有機(jī)電極材料的有效方法。

圖3 TABQ的非原位FT-IR表征

A high capacity small molecule quinone cathode for rechargeable aqueous zinc-organic batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24701-9

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