An All-Organic battery with 2.8 V output voltage

阳极 阴极 有机自由基电池 电池(电) 材料科学 电压 化学工程 聚合物 电极 共价键 化学 电气工程 电化学 有机化学 复合材料 物理化学 工程类 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Shangxu Jiang,Wenbiao Li,Yuan Xie,Xiaoqing Yan,Kai Zhang,Zhongfan Jia
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:434: 134651-134651 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134651
摘要

• Silver terephthalate possesses significantly higher charge transfer and ion transport kinetics than sodium terephthalate. • Anthraquinone groups facilitate the molecular-level π-π stacking of PTMA with MWCNT, thereby enhancing redox kinetics. • Full organic battery with PTMA cathode and terephthalate anode provides a 2.8 V cell voltage. • All-organic battery delivers the specific capacity of 43 mAh g −1 based on both anode and cathode active materials. Fully organic batteries have been recognised as ideal alternatives to traditional metal-based energy storage devices. However, significant challenges remain in mitigating their low cell voltage and capacity. Here, we construct an all-organic battery based on TEMPO (i.e., 2,2,6,6-tetramethylpiperidyl-1-oxy) radical polymer cathode, poly(TEMPO methacrylate) (PTMA), and conjugated dicarboxylate anode such as silver terephthalate (Ag 2 TP). Chemical modification of PTMA with aromatic anthraquinone (AQ) results in P(TMA 0.95 -co-AQ 0.05 ) 1610 , in which AQ groups facilitate the molecular level binding to CNTs through non-covalent π-π interaction and enhance the charge and mass transport. This fully organic battery delivers a capacity of 182 mAh g −1 based on the anode at 0.5C with an output voltage of 2.8 V. Although the capacity needs further improvement, our work shows the promise of developing high-voltage, fully organic batteries with a judicious electrode design.
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