Establishing Exceptional Durability in Ultralow-Temperature Organic-Sodium Batteries via Stabilized Multiphase Conversions

化学 石墨烯 普鲁士蓝 电极 耐久性 电化学 氧化物 化学工程 电解质 储能 纳米技术 材料科学 有机化学 功率(物理) 复合材料 热力学 物理化学 物理 工程类
作者
Xin Xu,Shiying Ren,Han Wu,Huan Li,Chao Ye,Kenneth Davey,Shi‐Zhang Qiao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (2): 1619-1626 被引量:31
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11931
摘要

Operation of rechargeable batteries at ultralow temperature is a significant practical problem because of poor kinetics of the electrode. Here, we report for the first time stabilized multiphase conversions for fast kinetics and long-term durability in ultralow-temperature, organic-sodium batteries. We establish that disodium rhodizonate organic electrode in conjunction with single-layer graphene oxide obviates consumption of organic radical intermediates, and demonstrate as a result that the newly designed organic electrode exhibits excellent electrochemical performance of a highly significant capacity of 130 mAh g-1 at -50 °C. We evidence that the full-cell configuration coupled with Prussian blue analogues exhibits exceptional cycling stability of >7000 cycles at -40 °C while maintaining a discharge capacity of 101 mAh g-1 at a high current density 300 mA g-1. We show this is among the best reported ultralow-temperature performance for nonaqueous batteries, and importantly, the pouch cell exhibits a continuous power supply despite conditions of -50 °C. This work sheds light on the distinct energy storage characteristics of organic electrode and opens up new avenues for the development of reliable and sustainable ultralow-temperature batteries.
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