Dynamic Balance of Partial Charge for Small Organic Compound in Aqueous Zinc‐Organic Battery

水溶液 材料科学 阴极 溶解度 分子 电池(电) 共轭体系 化学工程 聚合物 有机化学 物理化学 化学 热力学 复合材料 功率(物理) 冶金 工程类 物理
作者
Tianjiang Sun,Zhehan Yi,Weijia Zhang,Qingshun Nian,Hong Jin Fan,Zhanliang Tao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (47) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adfm.202306675
摘要

Abstract Organic cathodes for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) feature intrinsic flexibility and favorable kinetics, but they suffer from high solubility. Herein, a partial charge regulation strategy is deployed by designing a small organic molecule with extended π ‐conjugated plane, namely benzo[i]benzo[6′,7′]quinoxalino[2′,3′:9,10]phenanthro[4,5‐abc]phenazine‐5,10,16,21‐tetraone (PTONQ). The charge equalization of active sites induced by the extended π ‐conjugated plane of the PTONQ molecule combined with high aromaticity renders the molecule low solubility, fast charge transfer, and high structural stability. The fabricated Zn//PTONQ battery cycles more than 500 h at 175 mA g −1 with small capacity reduction, fast charged/discharged kinetics, and anti‐freeze performance (below ‐20°C). By a series of ex situ characterizations, it is attested that the capacity originates mainly from Zn 2+ insertion/removal of PTONQ without H + incorporation, which also accounts for the formation of Zn x (CF 3 SO 3 ) y (OH) 2x‐y ·nH 2 O by‐products. This result benefits the understanding of the by‐product formation mechanism of organic cathode and paves a new way to advance the aqueous Zn‐organic batteries.
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