高性能水系鋅有機電池

高活性和穩(wěn)定的正極是開發(fā)高容量、快速氧化還原動力學和長壽命的水溶液有機鋅電池的關鍵。

文章要點

1）理論計算揭示了硝基結構異構對芳香骨架的重要影響，它改變了分子內(nèi)電子分布和主體能級，導致不同的親鋅活性和氧化還原動力學。研究人員綜合研究闡明了陽離子Zn(OTF)+（三氟甲磺酸鹽，OTF -= CF3SO3?）配合物在硝基芳烴基陰極中的兩步氧化還原反應。與堿金屬離子電池完全不同，這種電荷存儲機制阻止硝基芳烴重新排列它們的構型并與相鄰的硝基基元共享Zn2+,從而降低去溶劑化能量損失并在電化學反應中保持結構穩(wěn)定性。

2）得益于穩(wěn)定和強大的多電子氧化還原，封裝在碳納米花中的p-DB（p-DB@CF）作為有機正極提供了402 mAh g-1的大可逆容量，以及高達25000次循環(huán)的出色穩(wěn)定性，這使鋅有機電池具有230 Wh kg-1的高能量密度。此外，硝基芳烴的電化學指標可以通過調(diào)節(jié)硝基苯骨架上帶有吸電子/推電子功能取代基的側基來控制。

1）作者首先詳細總結了水性ZOB的離子儲存機制，然后介紹了分析其動態(tài)行為的主要方法。

2）隨后，基于離子存儲機制和分子結構特征，系統(tǒng)地總結了現(xiàn)有有機電極材料的新進展和設計策略，包括n型、p型和雙極型電極材料。隨后，我們首次總結了這些有機電極材料的主要合成策略。

3）作者重點介紹了水系ZOBs現(xiàn)有的改進策略，以在其比容量、工作電壓、倍率性能和循環(huán)壽命方面獲得更高的電化學性能，并實現(xiàn)更低的制備成本。

4）后，作者討論了水系ZOBs實現(xiàn)實際應用所面臨的挑戰(zhàn)。提出了水系ZOBs的合理觀點和有前途的探索方向，以指導研究走向?qū)嶋H應用，實現(xiàn)更綠色的可充電世界。