Dual redox groups enable organic cathode material with a high capacity for aqueous zinc-organic batteries

氧化还原 阴极 水溶液 化学 电子转移 电化学 化学工程 电极 材料科学 无机化学 光化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yongkang An,Yu Liu,Shuangshuang Tan,Fangyu Xiong,Xiaobin Liao,Qinyou An
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:404: 139620-139620 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2021.139620
摘要

Abstract Organic cathode materials have recently attracted extensive attention in aqueous zinc-organic batteries (ZOBs) due to their safety, abundant resources, and designability. However, the most as-reported organic materials with a single redox site exhibit limited specific capacities. Herein, benzo [i] benzo [6, 7] quinoxalino [2, 3-a] benzo [6, 7] quinoxalino [2, 3-c] phenazine-5, 8, 13, 16, 21, 24-hexaone (TBQPH) with both carbonyls and pyrazines as redox groups is designed and synthesized as ZOBs cathode material. The dual redox sites in TBQPH enable a high specific capacity of 455.8 mAh g−1 at 0.3 A g−1 owing to the 12-electron reaction mechanism. Ex-situ spectroscopic techniques (especially liquid NMR spectrum) and density functional theory calculations provide strong evidence for the insertion/extraction of hydrogen ions. More importantly, the TBQPH electrode exhibits an ultra-long cycle life of 10000 cycles at 10 A g−1 with an average decay of only 0.0022% per cycle, which is attributed to the fast reaction kinetics and low charge transfer resistance. This work inspires new inspiration for designing next-generation high-performance organic electrode materials.
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