Activating Organic Electrode for Zinc Batteries via Adjusting Solvation Structure of Zn Ions

溶剂化 电解质 阴极 阳极 化学 电池(电) 吸附 容量损失 电导率 无机化学 电化学 电极 化学工程 离子 物理化学 有机化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Xiaomeng Yu,Kang Zhou,Chang Liu,Junjie Li,Jing Ma,Lei Yan,Ziyang Guo,Yonggang Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202501359
摘要

Zinc-organic batteries, combining the low cost and high capacity of Zn anodes with the tunable and sustainable properties of organic cathodes, have garnered significant attention. Herein, we present a zinc-organic battery featuring a poly(benzoquinonyl sulfide) (PBQS) cathode, a Zn anode, and an N,N-dimethylformamide (DMF)-based electrolyte, which delivers a high capacity (200 mAh g-1), excellent rate capability, and an ultra-long cycle life (10,000 cycles) when tested with a low PBQS loading (2 mg cm-2). The charge storage mechanism in the PBQS cathode involves solvated Zn2+ adsorption and consequent Zn2+ coordination with PBQS companied by de-solvation process, as confirmed by in-situ FT-IR analysis. However, sluggish Zn2+ de-solvation leads to a loss of Zn2+ coordination capacity when tested with higher PBQS loading (8 mg cm-2) even at a low current density of 0.2 A g-1. Remarkably, the addition of 2% H2O to the DMF electrolyte incorporates 0.24 H2O into the primary solvation sheath of Zn2+, significantly facilitating the de-solvation process. As a result, the PBQS cathode (8 mg cm-2) retains its Zn2+ storage capacity when using the modified electrolyte. This approach offers a new strategy for improving the rate performance of organic electrodes, complementing existing conductivity enhancements.
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