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Chemically Self-Charging Aqueous Zinc-Organic Battery

化学 阴极 水溶液 有机自由基电池 阳极 电解质 氧化还原 电池(电) 电化学 能量密度 有机化学 化学工程 无机化学 电极 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 理论物理学
作者
Lei Yan,Yu Zhang,Zhigang Ni,Yong Zhang,Jie Xu,Taoyi Kong,Jianhang Huang,Wei Li,Jing Ma,Yonggang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (37): 15369-15377 被引量:176
标识
DOI:10.1021/jacs.1c06936
摘要

Zn–organic batteries are attracting extensive attention, but their energy density is limited by the low capacity (<400 mAh g–1) and potential (<1 V vs Zn/Zn2+) of organic cathodes. Herein, we propose a long-life and high-rate Zn–organic battery that includes a poly(1,5-naphthalenediamine) cathode and a Zn anode in an alkaline electrolyte, where the cathode reaction is based on the coordination reaction between K+ and the C═N group (i.e., C═N/C–N–K conversion). Interestingly, we find that the discharged Zn–organic battery can recover to its initial state quickly with the presence of O2, and the theoretical calculation demonstrates that the K–N bond in the discharged cathode can be easily broken by O2 via redox reaction. Accordingly, we design a chemically self-charging aqueous Zn–organic battery. Benefiting from the excellent self-rechargeability, the organic cathode exhibits an accumulated capacity of 16264 mAh g–1, which enables the Zn–organic battery to show a record high energy density of 625.5 Wh kg–1.
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