A Trimeric-Imidazole Ring-Containing Naphthoquinone Compound with Hydrogen Bonds for High-Performance Lithium-Ion Batteries

戒指(化学) 咪唑 氢键 锂(药物) 离子 化学 萘醌 立体化学 有机化学 分子 生物 内分泌学
作者
Yun Zhao,Kai Feng,Jianze Zhang,Yizhe Wang,Liping Zheng,Xuejin Wang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (20): 9134-9141 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c01116
摘要

Naphthoquinones exhibit significant potential as cathode materials in rechargeable organic lithium-ion batteries due to their customizable molecular structure and high theoretical specific capacities. However, their low utilization of redox-active sites and high solubility result in poor electrochemical performance. In response to this challenge, an insoluble trimeric-imidazole ring-containing small molecule with hydrogen bonding, 2,2′,2′′-(2,4,6-trihydroxybenzene-1,3,5-triyl)tris(1H-naphtho-[2,3-d]imidazole-4,9-dione) (TDMNQ), was designed and synthesized. Benefiting from the π-conjugated trimeric structure, containing an imidazole ring and a hydroxyl group that forms intramolecular hydrogen bonds, TDMNQ exhibits excellent chemical/structural stability along with outstanding electrochemical performance. Lithium-ion batteries employing TDMNQ as the cathode exhibit an active site utilization of up to ∼90% at 0.1 A g–1, achieving a high energy density of 422 Wh kg–1, along with outstanding rate capability (at a high current density of 10 A g–1, the reversible capacity is 96 mAh g–1), and the reversible capacity remains at 79 mAh g–1 after 2500 cycles at 5 A g–1. These results demonstrate the favorable efficacy of specially designed organic small molecule structures in lithium-ion batteries.
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