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Multi-redox phenazine/non-oxidized graphene/cellulose nanohybrids as ultrathick cathodes for high-energy organic batteries

引用

Nano Research 2021年第5期14卷 1382-1389页

作者： Youngjin Ham Vitalii Ri Jin kim Yeoheung Yoon Jinho Lee Kisuk Kang Ki-Seok An chunjoong kim Seokwoo Jeon Department of Materials Science and Engineering Advanced Battery CenterKorea Advanced Institute of Science and Technology(KAIST)Daejeon34141Republic of Korea Department of Materials Science and Engineering Chungnam National UniversityDaejeon34134Republic of Korea Thin Film Materials Research Center Korea Research Institute of Chemical Technology(KRICT)Daejeon34114Republic of Korea Department of Materials Science and Engineering Seoul National UniversitySeoul08826Republic of Korea

Various redox-active organic molecules can serve as ideal electrode materials to realize sustainable energy storage systems. Yet, to be more appropriate for practical use, considerable architectural engineering of an ultrathick, high-loaded organic electrode with reliable electrochemical performance is of crucial importance. Here, by utilizing the synergetic effect of the non-covalent functionalization of highly conductive non-oxidized graphene flakes (NOGFs) and introduction of mechanically robust cellulose nanofiber (CNF)-intermingled structure, a very thick (≈ 1 mm), freestanding organic nanohybrid electrode which ensures the superiority in cycle stability and areal capacity is reported. The well-developed ion/electron pathways throughout the entire thickness and the enhanced kinetics of electrochemical reactions in the ultrathick 5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine/NOGF/CNF (DMPZ-NC) cathodes lead to the high areal energy of 9.4 mWh·cm−2 (= 864 Wh·kg−1 at 158 W·kg−1). This novel ultrathick electrode architecture provides a general platform for the development of the high-performance organic battery electrodes.

关键词： energy storage organic electrodes batteries graphene cellulose nanofibers

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