新近出现的含水锌有机电池正在引起广泛的关注。然而,它们中的大多数受到有机分子的不稳定和可溶性的困扰,只能显示出有限的循环寿命(≤3000个循环),这与大规模储能的要求(10000个循环)相差甚远。复旦大学王永刚等人提出了一种新型的水性锌电池,可实现超长循环寿命。
本文要点:
1)使用硫杂环醌二苯并[b,i]噻蒽-5,7,12,14-丁酮(DTT)作为正极,Zn箔用作负极。电化学测试,原位分析和DFT计算证明DTT电极可同时存储质子(H+)和Zn2+,放电产物最有利的结构是形成DTT2(H+)4(Zn2+),其中Zn2+与相邻DTT分子的羧基键合,也就是两个相邻的DTT分子被一个Zn2+结合,能够极大提高稳定性。
2)该电池在50 mA gDTT-1时具有210.9 mAh gDTT-1的高可逆容量,在5 mgDTT cm-2的高质量负荷下具有快速的电荷存储动力学。得益于DTT及其相关放电产物分子稳定性的提高和固有的低溶解性,DTT // Zn全电池具有23 000个循环的超长寿命,容量保持率为83.8%,远优于以前的报道。
Yanrong Wang, et al. Binding Zinc Ions by Carboxyl Groups from Adjacent Molecules toward Long‐Life Aqueous Zinc–Organic Batteries, Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202000338
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000338