All‐Graphene Quantum Dot‐Derived Battery: Regulating Redox Activity Through Localized Subdomains

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作者
Youngjin Ham,Chungryeol Kim,Donghan Shin,Il‐Doo Kim,Kisuk Kang,YounJoon Jung,Dongwhan Lee,Seokwoo Jeon
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (44) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/smll.202303432
摘要

In the quest for materials sustainability for grid-scale applications, graphene quantum dot (GQD), prepared via eco-efficient processes, is one of the promising graphitic-organic matters that have the potential to provide greener solutions for replacing metal-based battery electrodes. However, the utilization of GQDs as electroactive materials has been limited; their redox behaviors associated with the electronic bandgap property from the sp2 carbon subdomains, surrounded by functional groups, are yet to be understood. Here, the experimental realization of a subdomained GQD-based anode with stable cyclability over 1000 cycles, combined with theoretical calculations, enables a better understanding of the decisive impact of controlled redox site distributions on battery performance. The GQDs are further employed in cathode as a platform for full utilization of inherent electrochemical activity of bio-inspired redox-active organic motifs, phenoxazine. Using the GQD-derived anode and cathode, an all-GQD battery achieves a high energy density of 290 Wh kgcathode-1 (160 Wh kgcathode+anode-1 ), demonstrating an effective way to improve reaction reversibility and energy density of sustainable, metal-free batteries.
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