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Molecular Engineering Design for High-Performance Aqueous Zinc-Organic Battery

Nano-Micro Letters 2023年第3期15卷 98-111页

作者： Tianjiang Sun Weijia Zhang Qingshun Nian Zhanliang Tao Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry(Ministry of Education) College of ChemistryHaihe Laboratory of Sustainable Chemical TransformationsRenewable Energy Conversion and Storage CenterNankai UniversityTianjin 300071People’s Republic of China CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion Department of Materials Science and EngineeringHefei National Laboratory for Physical Science at the MicroscaleUniversity of Science and Technology of China HefeiHefei 230026AnhuiPeople’s Republic of China

Novel small sulfur heterocyclic quinones(6a,16adihydrobenzo[b]naphtho[2′,3′:5,6][1,4]dithiino[2,3-i]thianthrene-5,7,9,14,16,18-hexaone(4S6Q)and benzo[b]naphtho[2′,3′:5,6][1,4]dithiino[2,3-i]thianthrene-5,9,14,18-tetraone(4S4Q))are developed by molecule structural design method and as cathode for aqueous zincorganic *** conjugated thioether(–S–)bonds as connected units not only improve the conductivity of compounds but also inhibit their dissolution by both extendedπ-conjugated plane and constructed flexible molecular ***,the Zn//4S6Q and Zn//4S4Q batteries exhibit satisfactory electrochemical performance based on 3.5 mol L-1(M)Zn(ClO4)*** instance,the Zn//4S6Q battery obtains 240 and 208.6 mAh g^(-1)of discharge capacity at 150 mA g^(-1)and 30 A g^(-1),*** excellent rate capability is ascribed to the fast reaction *** system displays a superlong life of 20,000 cycles with no capacity fading at 3 A g^(-1).Additionally,the H+-storage mechanism of the 4S6Q compound is demonstrated by ex situ analyses and density functional theory ***,the battery can normally work at-60℃benefiting from the anti-freezing electrolyte and maintain a high discharge capacity of 201.7 mAh g^(-1),which is 86.2%of discharge capacity at 25℃.The cutting-edge electrochemical performances of these novel compounds make them alternative electrode materials for Zn-organic batteries.

关键词： Aqueous Zn-organic battery small sulfur heterocyclic quinones Conjugated thioether skeleton Superlong cycling life H+-involved mechanism -60℃

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