Vat Orange 7 as an organic electrode with ultrafast hydronium-ion storage and super-long life for rechargeable aqueous zinc batteries

水溶液 溶解 电解质 化学工程 离子 材料科学 化学 功率密度 电极 无机化学 有机化学 物理化学 热力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Quan Wang,Yu Liu,Chao Wang,Xiaojing Xu,Wei Zhao,Youyong Li,Huilong Dong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:451: 138776-138776 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138776
摘要

Organic electrode materials (OEMs) with various advantages are attracting much attention. However, the serious dissolution problem of OEMs has puzzled people for many years without being fundamentally addressed. Here, an aqueous Zn-ion battery using organic bisbenzimidazo[2,1-b:2′,1′-i]benzo[lmn][3,8]phenanthroline-8,17-dione (BBPD, also known as Vat Orange 7) as cathode material is developed. Due to the special H3O+ charge carrier insertion mechanism, both the BBPD and its discharged product H2BBPD as covalent compounds are not soluble in aqueous electrolytes, which make active materials integrity during long term cycles. Moreover, the special one-dimensional (1-D) square ion tunnels structure of the BBPD enables fast ion and electron transfer abilities in three dimensional directions, leading to an outstanding rate capability and power density. The assembled aqueous Zn-BBPD battery displays high rate performance (76.4 % capacity retention from 0.78 C to 153.85 C), excellent power density (13.4 kW kg−1) and capacity retention of 90.7 % after 10,000 cycles at 153.85 C. The kinetic and thermodynamic investigations on the exact dissolution mechanism of OEMs are first carried out in this work.
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