A High‐capacity Benzoquinone Derivative Anode for All‐organic Long‐cycle Aqueous Proton Batteries

对苯二酚 质子化 化学 水溶液 电化学 苯醌 氧化还原 光化学 阳极 质子 材料科学 电极 无机化学 有机化学 物理化学 离子 量子力学 物理
作者
Sicheng Wu,Mackenzie Taylor,Haocheng Guo,Shuhao Wang,Han Chen,Jitraporn Vongsvivut,Quentin Meyer,Qian Sun,Junming Ho,Chuan Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (52): e202412455-e202412455 被引量:45
标识
DOI:10.1002/anie.202412455
摘要

Quinone compounds, with the ability to uptake protons, are promising electrodes for aqueous batteries. However, their applications are limited by the mediocre working potential range and inferior rate performance. Herein, we examined quinones bearing different substituents, and for the first time introduce tetraamino-1,4-benzoquinone (TABQ) as anode material for proton batteries. The strong electron-donating amino groups can effectively narrow the band gap and lower the redox potentials of quinone materials. The protonation of amino groups and the amorphization of structure result in the formation of an intermolecular hydrogen-bond network, supporting Grotthuss-type proton conduction in the electrode with a low activation energy of 192.7 meV. The energy storage mechanism revealed by operando FT-IR and ex situ XPS features a reversible quinone-hydroquinone conversion during cycling. TABQ demonstrates a remarkable specific capacity of 307 mAh g-1 at 1 A g-1, which is one of the highest among organic proton electrodes. An all-organic proton battery of TABQ//TCBQ has also been developed, achieving exceptional stability of 3500 cycles at room temperature and excellent performance at sub-zero temperature.
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