Rechargeable aluminium organic batteries

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作者
Dong Jun Kim,Dong‐Joo Yoo,Michael T. Otley,Aleksandrs Prokofjevs,Cristian Pezzato,Magdalena Owczarek,Seung Jong Lee,Jang Wook Choi,J. Fraser Stoddart
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:4 (1): 51-59 被引量:330
标识
DOI:10.1038/s41560-018-0291-0
摘要

Since aluminium is one of the most widely available elements in Earth’s crust, developing rechargeable aluminium batteries offers an ideal opportunity to deliver cells with high energy-to-price ratios. Nevertheless, finding appropriate host electrodes for insertion of aluminium (complex) ions remains a fundamental challenge. Here, we demonstrate a strategy for designing active materials for rechargeable aluminium batteries. This strategy entails the use of redox-active triangular phenanthrenequinone-based macrocycles, which form layered superstructures resulting in the reversible insertion and extraction of a cationic aluminium complex. This architecture exhibits an outstanding electrochemical performance with a reversible capacity of 110 mA h g–1 along with a superior cyclability of up to 5,000 cycles. Furthermore, electrodes composed of these macrocycles blended with graphite flakes result in higher specific capacity, electronic conductivity and areal loading. These findings constitute a major advance in the design of rechargeable aluminium batteries and represent a good starting point for addressing affordable large-scale energy storage. The development of aluminium batteries relies heavily on the discovery of cathode materials that can reversibly insert Al-containing ions. Here the authors show that phenanthrenequinone-based compounds can take up the cationic aluminium complex, leading to promising aluminium batteries.
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