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

纳米孔 水溶液 机制(生物学) 材料科学 阴极 对偶(语法数字) 纳米技术 化学 有机化学 冶金 物理化学 认识论 文学类 哲学 艺术
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:10
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 Zn 2+ 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 Zn 2+ desolvation/coordination reactions for stable and fast Zn storage, which is realized by the construction of CoS 2 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 CoS 2 in pores offering abundant Co and S sites exerts strong chemical binding over BQ species and facilitates Zn 2+ desolvation/coordination, respectively, synergistically suppressing the dissolution of cathodes and imparting the rapid reaction kinetics of batteries. Consequently, the developed BQ@CoS 2 -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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