Designing Quinone‐Based Anodes with Rapid Kinetics for Rechargeable Proton Batteries

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作者
Xinru Yang,Youxuan Ni,Yong Lü,Qiu Zhang,Jinze Hou,Gaojing Yang,Xiaomeng Liu,Weiwei Xie,Zhenhua Yan,Qing Zhao,Jun Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (39) 被引量:81
标识
DOI:10.1002/anie.202209642
摘要

Quinone compounds, which are capable of accommodating proton (H+ ), are emerging electrodes in aqueous batteries. However, the storage mechanism of proton in quinone compounds is less known and the energy/power density of quinone-based proton battery is still limited. Here we design a series of quinone anodes and study their electrochemical properties in acidic electrolyte, in which tetramethylquinone (TMBQ) delivers a high capacity of 300 mAh g-1 with an extremely low polarization of 20 mV at 1 C, and maintains over 50 % theoretical capacity in less than 16 seconds. The fast kinetics of TMBQ is attributed to the continuous H+ migration channel, high H+ diffusion coefficient (10-6 cm2 s-1 ), and low H+ migration energy barrier (0.26 eV). When coupling with MnO2 cathode, the battery shows a long lifespan of 4000 cycles with a capacity retention of 77 % at 5 C. This study reveals the proton transport in quinone-electrodes and offers new insights to design advanced aqueous batteries.
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