An active bifunctional natural dye for stable all-solid-state organic batteries

双功能 电解质 材料科学 快离子导体 硫化物 氧化还原 有机自由基电池 电极 纳米技术 化学稳定性 电池(电) 化学工程 电催化剂 靛蓝 催化作用 无机化学 化学
作者
Qihang Yu,Yang Hu,Sixu Deng,Mohsen Shakouri,Jingye Chen,Vinícius Martins,Heng‐Yong Nie,Yining Huang,Yang Zhao,Karim Zaghib,Tsun‐Kong Sham,Xia Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 8364-8364
标识
DOI:10.1038/s41467-025-62301-z
摘要

Sustainable and cost-effective organic electrode materials are promising for next-generation lithium-ion batteries but are hindered by severe shuttle effects. While all-solid-state batteries offer a potential solution, chemical and mechanical incompatibility between organic electrode materials and inorganic solid electrolytes limit areal capacity and cycling stability, falling short of practical requirements. Here, we report a bifunctional indigo natural dye that serves as both an active material and a solid molecular catalyst in sulfide-based all-solid-state batteries, addressing these compatibility challenges. Contrary to the prevailing view that chemical reactions between organic electrode materials and sulfide solid electrolytes are detrimental, our study reveals that controlled reactions between indigo and Li6PS5Cl solid electrolyte catalyze their synergistic redox process after optimizing electrode microstructures. This strategy enables a high reversible capacity of 583 mAh g-1 (Li6PS5Cl contribution: 379 mAh g-1) at 0.1 C, a high areal capacity of 3.84 mAh cm-2, and good cycling stability at an operation temperature of 25 °C. These findings highlight the potential of bifunctional organic electrode materials in sulfide-based all-solid-state batteries to overcome the key challenges of organic electrode materials in practical applications.
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