Integrated Uniformly Microporous C4N/Multi‐Walled Carbon Nanotubes Composite Toward Ultra‐Stable and Ultralow‐Temperature Proton Batteries

材料科学 碳纳米管 化学工程 微型多孔材料 电池(电) 水溶液 电解质 电导率 阴极 电化学 质子 质子输运 复合数 纳米技术 电极 复合材料 有机化学 化学 物理化学 物理 量子力学 工程类 功率(物理)
作者
Mingsheng Yang,Qian Zhao,Huige Ma,Rui Li,Yan Wang,Rongkun Zhou,Jieyuan Liu,Xinyu Wang,Yuxin Hao,Jiayi Ren,Zilong Zheng,Naibo Zhang,Mingjun Hu,Jun Luo,Jun Yang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (16): e2207487-e2207487 被引量:29
标识
DOI:10.1002/smll.202207487
摘要

Abstract Benefiting from the proton's small size and ultrahigh mobility in water, aqueous proton batteries are regarded as an attractive candidate for high‐power and ultralow‐temperature energy storage devices. Herein, a new‐type C 4 N polymer with uniform micropores and a large specific surface area is prepared by sulfuric acid‐catalyzed ketone amine condensation reaction and employed as the electrode of proton batteries. Multi‐walled carbon nanotubes (MWCNT) are introduced to induce the in situ growth of C 4 N, and reaped significantly enhanced porosity and conductivity, and thus better both room‐ and low‐temperature performance. When coupled with MnO 2 @Carbon fiber (MnO 2 @CF) cathode, MnO 2 @CF//C 4 N‐50% MWCNT full battery shows unprecedented cycle stability with a capacity retention of 98% after 11 000 cycles at 10 A g −1 and even 100% after 70 000 cycles at 20 A g −1 . Additionally, a novel anti‐freezing electrolyte (5 m H 2 SO 4 + 0.5 m MnSO 4 ) is developed and showed a high ionic conductivity of 123.2 mS cm −1 at ‐70 °C. The resultant MnO 2 @CF//C 4 N‐50% MWCNT battery delivers a specific capacity of 110.5 mAh g −1 even at ‐70 °C at 1 A g −1 , the highest in all reported proton batteries under the same conditions. This work is expected to offer a package solution for constructing high‐performance ultralow‐temperature aqueous proton batteries.
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