Dihydrophenazine‐Based Conjugated Microporous Polymer Cathodes with Enhanced Electronic and Ionic Conductivities for High‐Performance Aluminum Dual‐Ion Batteries

材料科学 共轭微孔聚合物 微型多孔材料 阴极 离子键合 氧化还原 离子 共轭体系 聚合物 电化学 化学工程 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 有机化学 化学 冶金 工程类
作者
Wenyan Ma,Lian‐Wei Luo,Xiuhua Huang,Peihua Dong,Yu Chen,Chong Zhang,Fei Huang,Jia‐Xing Jiang,Yong Cao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (3) 被引量:47
标识
DOI:10.1002/aenm.202203253
摘要

Abstract It is fundamentally challenging for cathode materials to achieve long life, high capacity, and fast kinetics in rechargeable aluminum batteries, due to the strong electrostatic interaction between Al 3+ and the host materials. Herein, the redox‐active dihydrophenazine (Pz) is coupled with pyrene (Py) or biphenyl (Ph) to develop two conjugated microporous polymers of PyPz and PhPz as AlCl 4 − ‐hosting cathodes for aluminum dual‐ion batteries (ADIBs). It is revealed that the planar Py unit endows PyPz with an extended conjugated skeleton and a higher surface area than PhPz produced from the Ph unit with a twisted structure, thus leading to a higher redox activity for PyPz. Hence, the PyPz cathode delivers a much higher capacity of 231 mAh g −1 than PhPz (137 mAh g −1 ). Its porous structure and insolubility also ensure PyPz shows a superior rate performance and exceptional cyclability over 100 000 cycles. Meanwhile, the feature of fast kinetics for AlCl 4 − storage also allows PyPz to operate well at not only a low temperature (−30 °C) but also a high areal capacity of 2.53 mAh cm −2 . These findings suggest that redox‐active conjugated polymers are promising advanced organic cathodes for sustainable ADIBs, where the electrochemical performance can be significantly enhanced by rational structural design.
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