High‐Voltage Recyclable Organic Cathode Enabled by Heteroatomic Substitution for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 阴极 水溶液 电化学 电极 电池(电) 电压 化学工程 纳米技术 有机化学 电气工程 物理化学 化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Dawei Du,Jiyao Zhou,Zilong Yin,Guanzheng Feng,Wei-xiao Ji,He Huang,Siping Pang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (21) 被引量:60
标识
DOI:10.1002/aenm.202400580
摘要

Abstract N‐type organic compounds present themselves as promising high‐capacity cathodes for aqueous Zn‐ion batteries. However, a common challenge is their working voltages often falling below 1 V versus Zn 2+ /Zn. To bridge this gap, a high‐voltage organic material is first developed, 5,6,11,12‐tetraazanaphthacene (TANC), using a heteroatomic substitution strategy. TANC feature a large π‐conjugated plane enriched with π−π interactions, which not only enhancing structural stability but also boosting charge transfer kinetics. The TANC cathode is achieved from its dihydro precursor, denoted as 2H‐TANC, via a facile in situ activation process within the battery itself. This electrochemical synthesis method is cost‐effective and environmentally friendly compared to traditional chemical method. The cathode shows a record‐high discharge voltage of 1.15 V (vs Zn 2+ /Zn) among n‐type organic materials and maintains cycling stability over 47,500 cycles. Furthermore, spent TANC electrodes can be efficiently recycled via a simple extraction process. The work marks a significant step toward the development of high‐voltage, affordable, and recyclable organic electrode materials, steering them to the forefront of future sustainable battery technologies.
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