Manipulating Polymer Configuration to Accelerate Cation Intercalation Kinetics for High‐Performance Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 插层(化学) 水溶液 分子内力 动力学 电化学 离子 分子间力 聚合物 化学工程 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 分子 复合材料 化学 物理 量子力学 工程类
作者
Xinlei Wang,Jian Tang,Weihua Tang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (27) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/adfm.202200517
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) with safety and cost superiority are becoming promising for energy storage; meanwhile, organic electrodes are attracting considerable interest. The development of organic ZIBs lies in the solution of challenging issues on impeded Zn 2+ interfacial diffusion and the corresponding sluggish reaction kinetics. Herein, triquinoxalinylene (3Q) based homopolymer (P3Q) and triazine‐linked 3Q polymer (P3Q‐t) with enlarged conjugated planes are designed and prepared to reveal the impact of molecular configuration on Zn 2+ transfer and coordination dynamics. Their ZIB performance and ion intercalation mechanism are systematically investigated by structural characterization, electrochemical measurement, and theoretical calculation. Specifically, P3Q shows interactions with both Zn 2+ and H + , while P3Q‐t is discovered to selectively coordinate only with Zn 2+ . Moreover, P3Q‐t exhibits high conjugated planarity and electronegative fused‐rings pathways due to both intermolecular and intramolecular effects, leading to faster reaction dynamics and low Zn 2+ transfer resistance. P3Q‐t affords a high capacity of 237 mAh g –1 at 0.3 A g –1 . More importantly, such capacity can be retained for 45% at 15 A g –1 and an average 81% of capacity retention is achieved over 1500 cycles.
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