Environmentally Benign and Long Cycling Mn-Ion Full Batteries Enabled by Hydrated Eutectic Electrolytes and Polycarbonyl Conjugated Organic Anodes

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作者
Tengfei Dai,Binze Yang,Jie Wei,Xinmei Song,Pengbo Zhang,Yuzhu Liu,Sheng Wen,Huan Li,Tianchen Yu,Zuoxiu Tie,Huapeng Sun,Yichao Yan,Zhong Jin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01639
摘要

Aqueous rechargeable manganese (Mn)-ion batteries have recently emerged as a promising candidate for multivalent ion rechargeable batteries. However, challenges remain, particularly in expanding the electrolyte's voltage window and identifying compatible anode materials. Herein, we introduce a Mn-ion full battery comprising a nickel hexacyanoferrate (NiHCF) cathode, a perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide (PTCDI) anode, and a novel hydrated eutectic electrolyte formulated from Mn(ClO4)2·6H2O and acetamide. This electrolyte composition, optimized for molar ratio, provides a stable solvation structure that suppresses water reactivity and supports high ionic conductivity, as confirmed by spectroscopic and molecular dynamics analyses. The PTCDI anode facilitates highly reversible Mn2+ storage via a unique enolization redox reaction, delivering exceptional rate capability and cycling stability. As a result, the NiHCF||PTCDI full battery achieves a 1.2 V plateau, excellent rate performance (up to 5.0 A g-1), and long cycling life with 95.6% capacity retention over 1200 cycles at 1.0 A g-1. This study proposes a feasible strategy for the construction of environment-friendly, long-life and low-cost aqueous Mn-ion full batteries, offering a sustainable and high-performance solution for future energy storage applications.
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