Steric hindrance modulation of hexaazatribenzanthraquinone isomers for high-capacity and wide-temperature-range aqueous proton battery

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作者
Mingsheng Yang,Yuxin Hao,Ji‐Yu Wang,Yan Wang,Liping Zheng,Rui Li,Huige Ma,Xinyu Wang,Xiaoming Jing,Hongwei Li,Mengxiao Li,Zhihui Wang,Yujie Dai,Guangcun Shan,Mingjun Hu,Jun Luo,Jun Yang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (4) 被引量:8
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae045
摘要

ABSTRACT Organic materials with rich active sites are good candidates of high-capacity anodes in aqueous batteries, but commonly low utilization of active sites limits their capacity. Herein, two isomers, symmetric and asymmetric hexaazatribenzanthraquinone (s-HATBAQ and a-HATBAQ), with rich active sites have been synthesized in a controllable manner. It has been revealed for the first time that a sulfuric acid catalyst can facilitate the stereoselective formation of s-HATBAQ. Attributed to the reduced steric hindrance in favor of proton insertion as well as the amorphous structure conducive to electrochemical dynamics, s-HATBAQ exhibits 1.5 times larger specific capacity than a-HATBAQ. Consequently, the electrode of s-HATBAQ with 50% reduced graphene oxide (s-HATBAQ-50%rGO) delivers a record high specific capacity of 405 mAh g−1 in H2SO4 electrolyte. Moreover, the assembled MnO2//s-HATBAQ-50%rGO aqueous proton full batteries show an exceptional cycling stability at 25°C and can maintain ∼92% capacity after 1000 cycles at 0.5 A g−1 at −80°C. This work demonstrates the controllable synthesis of isomers, showcases a wide-temperature-range prototype proton battery and highlights the significance of precise molecular structure modulation in organic energy storage.

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