Synergistic co-reaction of Zn2+ and H+ with carbonyl groups towards stable aqueous zinc–organic batteries

材料科学 水溶液 阴极 电化学 配位聚合物 聚合物 无机化学 化学工程 电极 有机化学 物理化学 化学 冶金 工程类 复合材料
作者
Yu Zhang,Chenchen Zhao,Zhi Li,Yanrong Wang,Lei Yan,Jing Ma,Yonggang Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:52: 386-394 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.08.005
摘要

Aqueous Zn–organic batteries are attracting extensive attention because of the green and sustainable nature. However, most of organic cathodes suffer from limited stability (<3000 cycles) and low potential (∼0.8 V vs. Zn/Zn2+). Herein, we propose a novel polymer, poly (2-chloro-3,5,6-trisulfide-1,4-benzoquinone) (PCTB), as cathode for zinc battery, and demonstrate that the bent molecular chain and the electron-withdrawing group of PCTB facilitate Zn2+-storage. This polymer shows robust cycle stability (9000 cycles) with an increased potential of 1.02 V (vs. Zn/Zn2+). Such performance can be retained even with a high mass loading cathode (8 mgPCTB cm–2). Interestingly, the charge storage of PCTB depends on the synergistic Zn2+/H+ co-coordination reaction with carbonyl groups. Both DFT calculations and experiments demonstrate that the Zn2+ coordination dominates the capacity contribution, but which must be energized by a trace of H+ coordination. This might guide the design of the organic electrode materials.
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