Building ultra-stable and low-temperature aqueous zinc–organic batteries via noncovalent supramolecular self-assembly strategy

水溶液 超分子化学 电解质 溶解 堆积 聚合物 超分子聚合物 纳米技术 电极 材料科学 X射线光电子能谱 化学 化学工程 有机化学 分子 氢键 工程类 物理化学
作者
Jie Xu,Yuting Yang,Acheng Zhu,Yuyang Wang,Yuyang Wang,Bo Peng,Lianbo Ma,Yongjie Cao,Yonggang Wang,Yonggang Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:487: 150527-150527 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150527
摘要

Zinc-organic batteries (ZOB) have garnered significant attention owing to their design flexibility and abundant raw materials. However, a notable drawback arises from the tendency of organic electrodes to dissolve in the electrolyte during cycling, resulting in diminished cycle stability and a shortened lifespan. Herein, we propose a noncovalent supramolecular self-assembly approach to address the challenge of organic electrode dissolution, namely the hydrogen-bonded organic polymer (HOP) is introduced as the cathode ensuring the electrolyte/electrode stability in ZOB. The HOP comprises perylene anhydride units characterized by robust strong π-π stacking and hydrogen bond connections. This configuration enables the reversible storage of Zn2+/H3O+ through CO/CO bond conversion, as validated by in-situ ATR-FTIR and ex-situ XPS analyses. Employing a 1 m Zn(OTF)2 electrolyte, the Zn//HOP cell exhibited stable cycling at room temperature for 20,000 cycles with nearly 80 % capacity retention and operated at –5 °C for 300 cycles with 100 % capacity retention. Our findings explore the noncovalent supramolecular self-assembly strategy in producing organic electrodes resistant to dissolution.
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