Environmentally Benign and Long Cycling Mn-Ion Full Batteries Enabled by Hydrated Eutectic Electrolytes and Polycarbonyl Conjugated Organic Anodes

化学 共晶体系 电解质 阳极 共轭体系 自行车 离子 无机化学 化学工程 电极 有机化学 合金 物理化学 考古 工程类 历史 聚合物
作者
Tengfei Dai,Binze Yang,Jie Wei,Xinmei Song,Pengbo Zhang,Yuzhu Liu,Sheng Wen,Huan Li,Tianchen Yu,Zuoxiu Tie,Huapeng Sun,Yichao Yan,Zhong Jin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01639
摘要

Aqueous rechargeable manganese (Mn)-ion batteries have recently emerged as a promising candidate for multivalent ion rechargeable batteries. However, challenges remain, particularly in expanding the electrolyte's voltage window and identifying compatible anode materials. Herein, we introduce a Mn-ion full battery comprising a nickel hexacyanoferrate (NiHCF) cathode, a perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide (PTCDI) anode, and a novel hydrated eutectic electrolyte formulated from Mn(ClO4)2·6H2O and acetamide. This electrolyte composition, optimized for molar ratio, provides a stable solvation structure that suppresses water reactivity and supports high ionic conductivity, as confirmed by spectroscopic and molecular dynamics analyses. The PTCDI anode facilitates highly reversible Mn2+ storage via a unique enolization redox reaction, delivering exceptional rate capability and cycling stability. As a result, the NiHCF||PTCDI full battery achieves a 1.2 V plateau, excellent rate performance (up to 5.0 A g-1), and long cycling life with 95.6% capacity retention over 1200 cycles at 1.0 A g-1. This study proposes a feasible strategy for the construction of environment-friendly, long-life and low-cost aqueous Mn-ion full batteries, offering a sustainable and high-performance solution for future energy storage applications.
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