Stabilizing Benzoquinone Cathodes via a Nanopore-Confined Dual-Site Mechanism for Aqueous Zinc Batteries

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作者
Shuo Meng,Shanshan Yang,Ting He,Jian Guo,Mingze Xu,Lu Chen,Kexuan Liao,Lianhai Zu,Chen Zhou,Chi Zhang,Jinhu Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (21): 19670-19680 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c00203
摘要

Benzoquinone (BQ) is considered a promising cathode material for aqueous zinc-ion batteries due to its simplest molecular structure and highest theoretical specific capacity among quinones. However, intrinsic problems derived from BQ including severe dissolution, narrow crystal interplanar d-spacings accessible by desolved Zn2+ only, and poor conductivity cause inferior battery performance. Herein, a strategy based on a "nanopore-confined dual-site synergy mechanism" is proposed to stabilize the BQ cathode and boost Zn2+ desolvation/coordination reactions for stable and fast Zn storage, which is realized by the construction of CoS2 nanodot-embedded MOF-derived porous carbon (MPC) as an efficient host for BQ molecules. The MPC provides enough pore space to accommodate a substantial amount of BQ molecules with good electric conductivity, whereas CoS2 in pores offering abundant Co and S sites exerts strong chemical binding over BQ species and facilitates Zn2+ desolvation/coordination, respectively, synergistically suppressing the dissolution of cathodes and imparting the rapid reaction kinetics of batteries. Consequently, the developed BQ@CoS2-MPC cathode delivers a high reversible capacity of 458 mA h g-1 at 0.5 C, excellent rate capability, and pronounced cycling stability with a low decay of 0.003% per cycle for over 10,000 cycles at 20 C. The work proposes an effective strategy toward high-performance organic electrode materials.
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