Covalent-Organic Framework with Superior Proton Conduction for Solid-State Proton Battery Application

质子 共价键 电池(电) 固态 热传导 共价有机骨架 材料科学 化学 物理 物理化学 热力学 有机化学 复合材料 核物理学 功率(物理)
作者
Xing‐Yu Ren,Jing-Bo Song,Guo-Qin Zhang,Ya-Ru Kong,Han Zhang,Qiao Qiao,Hong‐Bin Luo,Jin Zhang,Jian-Lan Liu,Xiao‐Ming Ren
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (9): 4036-4041 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.4c01140
摘要

Solid-state proton batteries hold great promise as a technology for portable energy storage. However, their development is impeded by the scarcity of suitable solid proton electrolytes. In this study, we present the first demonstration of covalent-organic frameworks (COFs) exploited as solid proton electrolytes with promising application in solid-state proton batteries. Specifically, the methanesulfonic acid (MeSA) molecules were confined and stabilized within the channels of a polybenzimidazole COF (PBI-COF) to yield the solid proton electrolyte, termed MeSA@PBI-COF. MeSA@PBI-COF exhibits a wide electrochemical stability window and superior proton conduction (>10–2 S cm–1) under ambient conditions, along with good long-term stability. Furthermore, MeSA@PBI-COF was employed as the solid proton electrolyte to assemble solid-state proton batteries, which demonstrate excellent cycle stability with a capacity retention of 74.2% after 8000 cycles at 1.0 A g–1 and deliver a high specific capacity of 49.8 mAh g–1 at 1.0 A g–1, outperforming the reported solid-state proton batteries.
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