南开陶占良Angew: 用于超高性能水系锌有机电池的邻醌基COF正极

正极上精细的分子设计对于可充电水系锌有机电池的性能提升非常重要。共轭羰基化合物以其高容量、可灵活设计和可持续生产等优点，在可充电电池领域具有广阔的应用前景。

在此，南开大学陶占良教授等人受共价有机骨架（COF）和芘4,5,9,10-四酮（PTO）单体优点的启发，基于苯三甲醛（BT）节点和PTO活性单体设计了一种具有有序通道结构的新型邻醌基共价有机骨架（BT-PTO COF）正极，用于超高性能水系锌有机电池。固有的有序开放通道结构有利于离子的转移和插层，因此在锌离子电池中比现有的有机基正极材料实现了更好的倍率性能和可循环性。

电化学测试表明，BT-PTO COF正极表现出出色的容量（在0.1 A g^-1时的可逆容量高达225 mAh g^-1）和优异的倍率性能（500 A g^-1时容量为108 mAh g^-1），并具有出色的长期循环性能（在5 A g^-1（~18 C）时10000次循环后的容量保留率为98.0%）。

图1. BT-PTO COF正极的电化学性能

此外，作者通过原位拉曼及异位XRD、SEM、拉曼和XPS测试首次揭示了BT-PTO COF的先有Zn²⁺后有两个H⁺的共插层机制。而共提取过程是两个反向的过程，即首先是H⁺脱嵌，然后接下来是Zn²⁺。作者通过热重分析（TGA）对不同电流下的放电电极进行了定量分析，再次验证了这种插层机制。

很明显，这种共插层行为在高电流密度下演变为更多的H⁺插入路径并赋予COF超快动力学，从而实现前所未有的184 kW kg^-1_（COF）比功率和 92.4 Wh kg^-1_（COF）的高能量密度。这项工作报道了一种用于水系锌离子电池的优质有机材料，并为未来的高性能有机正极提供了设计思路。

图2. 5 BT-PTO COF储能机制的原位/异位表征

Orthoquinone-Based Covalent Organic Frameworks with Ordered Channel Structures for Ultrahigh Performance Aqueous Zinc-Organic Battery, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202117511

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/15/16fba4c651/

南开陶占良Angew: 用于超高性能水系锌有机电池的邻醌基COF正极

相关推荐