Bifunctional Potential Structure Design Breaks Electrolyte Limitations of Zinc Ion Battery

双功能 电解质 电池(电) 化学 无机化学 材料科学 电极 催化作用 有机化学 物理化学 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Shengen Gong,Yunfeng Chao,Fang Yang,Shuangyu Wu,Yifan Wang,Danming Chao,Xiaoteng Jia
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (18)
标识
DOI:10.1002/ange.202401629
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) are safe and economical for grid applications. However, current ZIBs have limitations in terms of inferior capacity and low output voltage, which are hampered by the electrolyte applicability of the Zn 2+ hosts. In this study, we propose a novel organic cathode design strategy with a bifunctional potential region. This polymeric Zn 2+ host combines the conjugated polyaniline backbone to tune the molecular surface pH and [Fe(CN) 6 ] 3−/4− redox couple for high output voltage and capacity. The polyaniline doped with ferricyanide (PAF) electrode exhibits two forms of charge storage in ZIBs: proton‐assisted Zn 2+ doping below 1.2 V (mechanism I), and [Fe(CN) 6 ] 3−/4− redox pair above 1.8 V (mechanism II). Density functional theory calculations and in situ pH experiments demonstrated that the H + doping process of mechanism I forms a localized pH regulation on the molecular chain surface, providing a favorable reaction environment for mechanism II. The Zn‐polymer battery delivered an outstanding discharge capacity (405.2 mAh g −1 ) and high output voltage (1.8 V) in the Zn(CF 3 SO 3 ) 2 electrolyte. This study provides a new route for enhancing the structural stability of electrodes and overcoming the electrolyte limitations of ferricyanide in weakly acidic electrolytes.
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