Building stable small molecule imide cathodes toward ultralong-life aqueous zinc-organic batteries

酰亚胺 水溶液 电化学 溶解度 阴极 材料科学 分子 电解质 电极 化学工程 化学 有机化学 高分子化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Lei Li,Yongjiang Wang,Wenbin Gong,Mei‐Jin Lin,Lei Wei,Qingwen Li,Qichong Zhang,Litao Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:465: 142824-142824 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142824
摘要

Organic carbonyl compounds as electrode materials have exhibited promising candidates for application in next-generation aqueous rechargeable batteries. However, a primary concern that is poor cycling performance are still remains due to high solubility of discharge products, which greatly limits their broader application. Herein, we developed a strategy to enhance the cyclability of aqueous zinc-organic batteries (AZOBs) by the terminal imidization and lateral π-system extension of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA). This strategy resulted in a perylene-based imide derivative with larger π-conjugated structure (2PDI), significantly inhibiting the solubility in an aqueous electrolyte. As expected, 2PDI as cathode offered a discharge capacity of 72.8 mA h g−1 at a current density of 100 mA g−1, and even retaining 99.4% capacity after ultralong 50 000 cycles at 3000 mA g−1. Its mechanism of reversible co-insertion Zn2+/H+ at the carbonyl site was verified via electrochemical tests and ex-suit characterizations. Moreover, density functional theory calculation (DFT) also revealed this co-insertion mechanism.
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