水系鋅離子電池(AZIBs)的有機(jī)正極具有固有的靈活性和良好的動(dòng)力學(xué)特性,但它們的溶解度較高。在此,南開大學(xué)陶占良教授&南洋理工大學(xué)范紅金教授團(tuán)隊(duì)提出部分電荷調(diào)節(jié)策略,設(shè)計(jì)具有擴(kuò)展π共軛平面的有機(jī)小分子,即苯并[i]苯并[6′,7′]喹喔啉[2′,3′:9,10]菲[4,5-abc]吩嗪-5,10,16,21-四酮(PTONQ)。PTONQ分子的延伸π共軛平面引起的活性位點(diǎn)電荷均衡與高芳香性相結(jié)合,使分子溶解度低、電荷轉(zhuǎn)移快、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高。所制造的Zn//PTONQ電池在175 mA g-1下循環(huán)超過500小時(shí)、容量衰減小,充放電動(dòng)力學(xué)快,抗凍性能好(-20℃以下)。圖1. 理論計(jì)算和模擬總之,該工作通過部分電荷調(diào)節(jié)策略,在不犧牲有機(jī)正極氧化還原動(dòng)力學(xué)的情況下,有效緩解了可解決的問題。同時(shí)成功合成PTONQ這種具有擴(kuò)展π共軛平面的有機(jī)小分子。最終,Zn//PTONQ電池在各種電流密度和溫度下均表現(xiàn)出較長(zhǎng)的循環(huán)壽命(在-20℃時(shí),175 mA g-1下為500小時(shí),10 A g-1下為10000次循環(huán),1.4 A g-1下為1000次循環(huán))。此外,PTONQ顯示出Zn2+主導(dǎo)的電化學(xué)反應(yīng),而沒有H+的參與。并且在放電狀態(tài)下觀察到Znx(CF3SO3)y(OH)2x-y·nH2O副產(chǎn)物是由于正極-電解質(zhì)界面上的Zn2+富集而不是H+消耗所致。因此,該項(xiàng)工作為有機(jī)正極的可解決問題提供了一個(gè)合理的解決方案,并加深了對(duì)其副產(chǎn)物形成機(jī)制的理解。圖2. PTONQ的離子存儲(chǔ)機(jī)制Dynamic Balance of Partial Charge for Small Organic Compound in Aqueous Zinc-Organic Battery, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306675