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Ladder‐Type Redox‐Active Polymer Achieves Ultra‐stable and Fast Proton Storage in Aqueous Proton Batteries

质子 聚合物 氧化还原 水溶液 储能 电化学 材料科学 化学工程 共价键 电极 纳米技术 化学 无机化学 有机化学 物理化学 热力学 物理 量子力学 工程类 功率(物理)
作者
Jing He,Minjie Shi,Houxiang Wang,He Liu,Jun Yang,Chao Yan,Jingxin Zhao,Jialin Yang,Xing‐Long Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (44) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/anie.202410568
摘要

Abstract A ladder‐type rigid‐coplanar polymer with highly ordered molecular arrangement has been designed via a covalent cycloconjugation conformational strategy. Benefitting from the extended π‐electron delocalization in the highly aromatic ladder‐type polymeric backbone, the prepared polymer exhibits fast intra‐chain charge transport along the polymeric chain, realizing extraordinary proton‐storage capability in aqueous proton batteries.Affordable and safe aqueous proton batteries (APBs) with unique “Grotthuss mechanism,” are very significant for advancing carbon neutrality initiatives. While organic polymers offer a robust and adaptable framework that is well‐suited for APB electrodes, the limited proton‐storage redox capacity has constrained their broader application. Herein, a ladder‐type polymer (PNMZ) has been designed via a covalent cycloconjugation conformational strategy that exhibits optimized electronic structure and fast intra‐chain charge transport within the high‐aromaticity polymeric skeleton. As a result, the polymer exhibits exceptional proton‐storage redox kinetics, which are evidenced by in‐operando monitoring techniques and theoretical calculations. It achieves a remarkable proton‐storage capacity of 189 mAh g −1 at 2 A g −1 and excellent long‐term cycling stability, with approximately 97.8 % capacity retention over 10,000 cycles. Finally, a high‐performance all‐polymer APB device has been successfully constructed with a desirable capacity retention of 99.7 % after 6,000 cycles and high energy density of 56.3 Wh kg −1 .
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