Extending the π‐Conjugation of A Donor‐Acceptor Covalent Organic Framework for High‐Rate and High‐Capacity Lithium‐Ion Batteries

锂(药物) 共价键 离子 化学 接受者 组合化学 无机化学 材料科学 有机化学 物理 医学 内分泌学 凝聚态物理
作者
Chang‐Jiang Yao,Chengqiu Li,Ao Yu,Wenkai Zhao,Guankui Long,Qichun Zhang,Shilin Mei
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202409421
摘要

Realizing high‐rate and high‐capacity features of Lihium‐organic batteries is essential for their practical use but remains a big challenge, which is due to the instrinsic poor conductivity, limited redox kinetics and low utility of organic electrode mateials. This work presents a well‐designed donor‐acceptor Covalent Organic Framework (COFs) with extended conjugation, mesoscale porosity, and dual redox‐active centers to promote fast charge transfer and multi‐electron processes. As anticipated, the prepared cathode with benzo [1,2‐b:3,4‐b':5,6‐b''] trithiophene (BTT) as p‐type and pyrene‐4,5,9,10‐tetraone (PTO) as n‐type material (BTT‐PTO‐COF) delivers impressive specific capacity (218 mAh g‐1 and 275 mAh g‐1 at 0.2 A g‐1 in ether‐based and carbonate‐based electrolyte respectively) and outstanding rate capability (79 mAh g−1 at 50 A g−1 in ether‐based electrolyte and 124 mAh g‐1 at 10 A g‐1 in carbonate‐based electrolyte). Moreover, the potential of BTT‐PTO‐COF electrode for prototype batteries has been demonstrated by full cells of dual‐ion batteries, which attain comparable electrochemical performances to the half cells. Moreover, mechanism studies combining ex‐situ characterization and theoratical calculations reveal the efficient dual‐ion storage process and facile charge transfer of BTT‐PTO‐COF. This work not only expands the diversity of redox‐active COFs but also provide concept of structure design for high‐rate and high‐capacity organic electrodes.
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