EnSM：基于醌和吡嗪有机正极的高性能水系可充电锌电池

兔兔

2021-05-07

近年来，可充电水系锌电池（ARZBs）有机正极材料的研究进展迅速，但该领域合成成本高、电化学性能不理想、机理不明确等问题仍然存在。有鉴于此，武汉大学宋智平教授报道了5,7,12,14-四氮杂-6,13-并五苯醌（TAPQ）作为一种新型醌/吡嗪杂化结构的有机正极材料。

本文要点：

1）得益于多个电活性C=O和C=N键，TAPQ的理论容量为515 mAh g^-1（基于六电子反应），在0.1-1.6 V vs. Zn²⁺/Zn范围内具有443 mAh g^-1的可逆容量，两者均创下了ARZBs中有机正极的新记录。

2）通过各种异位表征、电化学测试和DFT计算等详细研究，证实了以H⁺为主要参与者的H⁺/Zn²⁺共插层机制。基于清晰的机理理解，采用了0.5–1.6 V的修改电压范围，在50 mA g^-1下250次循环后同时实现了高能量密度（270 mAh g^–1×0.84 V=227 Wh kg^-1）和出色的循环稳定性（容量保持率达92％），平均库仑效率为99.96％。

3）此外，还仔细研究了TAPQ电极在循环过程中的演变机理，以揭示容量下降的原因。新型的分子结构、简便的合成、优异的电化学性能和更深入的机理研究为进一步开发用于ARZBs的有机正极材料提供了重要的理论依据。

Yingjie Gao et al. A High-Performance Aqueous Rechargeable Zinc Battery Based on Organic Cathode Integrating Quinone and Pyrazine. Energy Storage Mater. 2021.

DOI: 10.1016/j.ensm.2021.05.002.

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.05.002