王永刚/鄢蕾Angew：新型半导体聚合物正极助力高性能水系锌电池

水系锌-有机电池因其绿色、低成本和高安全性而受到广泛关注。不幸的是，有机材料通常表现出绝缘体性质（~10^-10 S cm^-1），并且大多数报道的有机-锌电池的有希望的性能是在低正极质量负载（~2 mg cm^-2）时实现的，这距离实际应用还很远（10 mg cm^-2）。

复旦大学王永刚、宁波大学鄢蕾等展示了一种用于锌电池的新型半导体聚合物聚(1,8-二氨基萘)(PDAN)正极材料，该材料具有中等的电子电导率（5.9 ×10^-5 S cm^-1）。

图1. PDAN在0.5 M Zn(CF₃SO₃)₂电解液中的电荷存储机制

第一性原理计算以及原位/非原位表征表明PDAN正极具有双极型电荷存储机制，结合了n型和p型有机物的优势。由于PDAN的半导体性质和双极型反应，当质量负载从2增加到17 mg cm^-2时，Zn//PDAN电池表现出高容量保持率(~73 %)。

此外，Zn//PDAN电池在0.1 A g^-1时显示出有希望的容量（140 mAh g^-1），并在高PDAN正极负载下（10 mg cm^-2)具有优异的循环性能（1000圈无容量衰减）。

图2. 低正极负载电池性能

此外，即使在17 mg cm^-2的更高质量负载下，电池仍然可以循环超过100次，并具有11.9%的超高Z利用率，优于大多数先前的报道。但需要指出的是，目前的工作主要集中在有机正极上，在水系电解液中，不希望的锌腐蚀和枝晶生长仍然限制了具有高锌利用率的电池的循环寿命。因此，未来提高锌负极的稳定性至关重要。

图3. 高正极负载电池性能

Towards High-Performance Aqueous Zinc Batteries via a Semi-Conductive Bipolar-Type Polymer Cathode. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202211107

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