Building Stable Small Molecule Imide Cathodes Toward Ultralong-Life Aqueous Zinc-Organic Batteries

酰亚胺 阴极 水溶液 材料科学 有机分子 分子 化学工程 无机化学 化学 纳米技术 有机化学 高分子化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Lei Li,Qichong Zhang,Wenbin Gong,Mei‐Jin Lin,Lei Wei,Qingwen Li,Litao Sun
出处
期刊:Social Science Research Network [Social Science Electronic Publishing]
标识
DOI:10.2139/ssrn.4149194
摘要

Organic carbonyl compounds as electrode materials have exhibited promising candidates for application in next-generation aqueous rechargeable batteries. However, a primary concern that is poor cycling performance are still remains due to high solubility of discharge products, which greatly limits their broader application. Herein, we developed a strategy to enhance the cyclability of aqueous zinc-organic batteries (AZOBs) by the terminal imidization and lateral π-system extension of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA). This strategy resulted in a perylene-based imide derivative with larger π-conjugated structure (2PDI), significantly inhibiting the solubility in an aqueous electrolyte. As expected, 2PDI as cathode offered a discharge capacity of 72.8 mA h g −1 at a current density of 100 mA g −1 , and even retaining 99.4% capacity after ultralong 50 000 cycles at 3000 mA g −1 . Its mechanism of reversible co-insertion Zn 2+ /H + at the carbonyl site are verified via electrochemical tests and ex-suit characterizations. Moreover, density functional theory calculation (DFT) also revealed this co-insertion mechanism, where could be one Zn 2+ combined with the two adjacent 2PDI molecules with improved stability.
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