Proton‐Coupled Chemistry Enabled p–n Conjugated Bipolar Organic Electrode for High‐Performance Aqueous Symmetric Battery

材料科学 水溶液 共轭体系 质子 电极 电池(电) 光电子学 纳米技术 化学工程 物理化学 聚合物 化学 物理 热力学 复合材料 功率(物理) 量子力学 工程类
作者
Chengxin Peng,Feixiang Wang,Qiang Chen,Xiaoli Yan,Chaoxin Wu,Jiarui Zhang,Wei Tang,Long Chen,Wang Yong-gang,Jianfeng Mao,Shi Xue Dou,Zhanhu Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (34) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202401001
摘要

Abstract Bipolar‐type electrode materials are capable of improving the specific power and reducing the manufacturing costs for rechargeable symmetric batteries, while their development is plagued by the lack of reliable and affordable bipolar‐type materials. Here, a bipolar‐type indanthrene (IDT) with synergetic coupling effects of two redox centers of p ‐type dihydrophenazines and n ‐type anthraquinone in a single molecule is proposed to construct a symmetric battery. Due to the mutually affecting of n ‐type and p ‐type redox couples, the conjugated “ p – n fusion” in the IDT material facilitates mutual electron cloud donation and withdrawal between two redox centers, thus a considerable output voltage of 0.62 V is realized in symmetric aqueous battery. Benefiting from its enriched redox centers and extended π ‐conjugated structure, the symmetric battery also delivers a specific capacity of 139 mAh g −1 at 0.1 A g −1 and a long cycling stability with a capacity retention of 79% after 600 cycles at 2 A g −1 . Comprehensive ex ‐situ characterizations paired with density functional theroy calculations reveal both reversible HSO 4 − and H + uptake/removal behavior during charging/discharging process. Additionally, a symmetric cell with quasi‐solid electrolyte is established, which exhibits superior practical application capability with a capacity retention of 78% at 2 A g −1 over 1000 cycles.
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