MXene‐Boosted Imine Cathodes with Extended Conjugated Structure for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 阴极 水溶液 电化学 自来水 化学工程 亚胺 电导率 电极 纳米技术 有机化学 物理化学 催化作用 化学 环境工程 工程类
作者
Xiaoshuang Wang,Yanan Liu,Zengyan Wei,Jingzhe Hong,Hongbo Liang,Meixiu Song,Yu Zhou,Xiaoxiao Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (50) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202206812
摘要

Organic molecules have been considered promising energy-storage materials in aqueous zinc-ion batteries (ZIBs), but are plagued by poor conductivity and structural instability because of the short-range conjugated structure and low molecular weight. Herein, an imine-based tris(aza)pentacene (TAP) with extended conjugated effects along the CN backbones is proposed, which is in situ injected into layered MXene to form a TAP/Ti3 C2 Tx cathode. Theoretical and electrochemical analyses reveal a selective H+ /Zn2+ co-insertion/extraction mechanism in TAP, which is ascribed to the steric effect on the availability of active CN sites. Moreover, Ti3 C2 Tx , as a conductive scaffold, favors fast Zn2+ diffusion to boost the electrode kinetics of TAP. Close electronic interactions between TAP and Ti3 C2 Tx preserve the structural integrity of TAP/Ti3 C2 Tx during the repeated charge/discharge. Accordingly, the TAP/Ti3 C2 Tx cathode delivers a high reversible capacity of 303 mAh g-1 at 0.04 A g-1 in aqueous ZIBs, which also realizes an ultralong lifetime over 10 000 cycles with a capacity retention of 81.6%. Furthermore, flexible Zn||TAP/Ti3 C2 Tx batteries with a quasi-solid-state electrolyte demonstrate potential application in wearable electronic devices. This work offers pivotal guidance to create highly stable organic electrodes for advanced ZIBs.
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