Noncovalent interactions engineering construct the fast-kinetics organic cathode for room/low-temperature aqueous zinc-ion battery

阴极 水溶液 动力学 化学工程 电池(电) 非共价相互作用 离子 材料科学 化学 无机化学 分子 热力学 有机化学 物理化学 功率(物理) 氢键 物理 工程类 量子力学
作者
Ruanye Zhang,Hai Xu,Derong Luo,Jiaxiang Chi,Zengjie Fan,Hui Dou,Xiaogang Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:458: 141336-141336 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141336
摘要

Electroactive organic electrode materials are receiving increasing attention in aqueous zinc-ion batteries (AZIBs). However, the insufficient electrical conductivity, sluggish kinetics and intrinsic soluble trait of organic molecules still hinder their application as the electrode material. Here, a carbonyl compound, dibenzo[b,i]thian threne-5,7,12,14-tetraone (DTT) is tightly wrapping by reduced graphene oxide (r-GO) with noncovalent interactions to obtain DTT@r-GO organic cathode material. Benefiting from the π-π coupling, the composite electrode delivers higher surface area, enhanced electron/ion transportation and stable structure, which exhibits superior rate performance (259.1 mAh g−1 at 0.1 A g-1 and 117.7 mAh g−1 at 10 A g−1) and considerable calendar life (4000 cycles with 100 % capacity retention at 10 A g−1). Electrochemical testing and ex-situ analysis prove CO can act as a strong electron donor together with co-accommodation of Zn2+/H+, theoretical calculation confirms the favorable two-step Zn storage configuration during the charge storage process. Furthermore, these AZIBs can steadily power electronic devices at −50 °C, as well as retain a high reversible capacity of 199.5 mAh g−1 at 50 mA g−1 and 100 % capacity retention after 3700 cycles at −20 °C. The work is believed to broaden the insight into noncovalent interactions and inspire the organic electrochemical materials.
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