A Covalent Organic Framework as a Long‐life and High‐Rate Anode Suitable for Both Aqueous Acidic and Alkaline Batteries

共价键 阳极 水溶液 化学 电解质 电化学 碱金属 无机化学 氢键 分子 化学工程 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Yilun Lin,Huilin Cui,Chao Liu,Ran Li,Shipeng Wang,Guangmeng Qu,Zhiquan Wei,Yihan Yang,Yaxin Wang,Zijie Tang,Hongfei Li,Haiyan Zhang,Chunyi Zhi,Haiming Lv
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (14) 被引量:49
标识
DOI:10.1002/anie.202218745
摘要

Aqueous rechargeable batteries are prospective candidates for large-scale grid energy storage. However, traditional anode materials applied lack acid-alkali co-tolerance. Herein, we report a covalent organic framework containing pyrazine (C=N) and phenylimino (-NH-) groups (HPP-COF) as a long-cycle and high-rate anode for both acidic and alkaline batteries. The HPP-COF's robust covalent linkage and the hydrogen bond network between -NH- and water molecules collectively improve the acid-alkaline co-tolerance. More importantly, the hydrogen bond network promotes the rapid transport of H+ /OH- by the Grotthuss mechanism. As a result, the HPP-COF delivers a superior capacity and cycle stability (66.6 mAh g-1 @ 30 A g-1 , over 40000 cycles in 1 M H2 SO4 electrolyte; 91.7 mAh g-1 @ 100 A g-1 , over 30000 cycles @ 30 A g-1 in 1 M NaOH electrolyte). The work opens a new direction for the structural design and application of COF materials in acidic and alkaline batteries.
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