Orthoquinone–Based Covalent Organic Frameworks with Ordered Channel Structures for Ultrahigh Performance Aqueous Zinc–Organic Batteries

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作者
Shibing Zheng,Dongjie Shi,Yan Dong,Qiaoran Wang,Tianjiang Sun,Tao Ma,Lin Li,Dan He,Zhanliang Tao,Jun Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (12): e202117511-e202117511 被引量:289
标识
DOI:10.1002/anie.202117511
摘要

Elaborate molecular design on cathodes is of great importance for rechargeable aqueous zinc-organic batteries' performance elevation. Herein, we design a novel orthoquinone-based covalent organic framework with an ordered channel structures (BT-PTO COF) cathode for an ultrahigh performance aqueous zinc-organic battery. The ordered channel structure facilitates ions transfer and makes the COF follow a redox pseudocapacitance mechanism. Thus, it delivers a high reversible capacity of 225 mAh g-1 at 0.1 A g-1 and an exceptional long-term cyclability (retention rate 98.0 % at 5 A g-1 (≈18 C) after 10 000 cycles). Moreover, a co-insertion mechanism with Zn2+ first followed by two H+ is uncovered for the first time. Significantly, this co-insertion behaviour evolves to more H+ insertion routes at high current density and gives the COF ultra-fast kinetics thus it achieves unprecedented specific power of 184 kW kg-1 (COF) and a high energy density of 92.4 Wh kg-1 (COF) . Our work reports a superior organic material for zinc batteries and provides a design idea for future high-performance organic cathodes.
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