華中科技大學(xué)王成亮教授（國(guó)家級(jí)青年人才計(jì)劃專家）在Angew發(fā)表高性能水系有機(jī)電池的OEM方面的最新研究成果，并被遴選為VIP論文。博士后陳遠(yuǎn)為論文第一作者。
氧化還原有機(jī)電極材料(OEMs)由于具有設(shè)計(jì)高性能電池的可能性，因而在電池領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。但oem的實(shí)際應(yīng)用需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如低成本、可回收性、可擴(kuò)展性和高性能等，因此似乎還很遙遠(yuǎn)。在這里，我們展示了高性能水系有機(jī)電池的OEM。電荷存儲(chǔ)的存儲(chǔ)具有快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而在高質(zhì)量負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高性能。結(jié)果表明，疊層軟包電池具有良好的循環(huán)性能和比容量。得益于小分子性質(zhì)和穩(wěn)定的充放電狀態(tài)，電極在任何電荷狀態(tài)下都可以回收，產(chǎn)率高(90%以上)。這項(xiàng)工作為oem為未來(lái)可持續(xù)電池的實(shí)際應(yīng)用邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。可回收和可擴(kuò)展的Zn//AZOB有機(jī)電池示意圖。
圖文簡(jiǎn)介
水系Zn//AZOB電池的電化學(xué)性能。
電荷存儲(chǔ)機(jī)制的定性和定量表征 (a) AZOB電極在循環(huán)過(guò)程中的ATR-FTIR原位測(cè)試。(b) AZOB、HAZOB、AZOB電極放電態(tài)和帶電態(tài)的異位1H NMR譜。(c) AZOB標(biāo)準(zhǔn)溶液、HAZOB和AZOB電極放電狀態(tài)的液相色譜-質(zhì)譜分析。數(shù)據(jù)按內(nèi)標(biāo)(蒽-d10)峰面積歸一化。(d)基于LC定量分析兩個(gè)不同批次AZOB的轉(zhuǎn)化率和容量貢獻(xiàn)。(e) AZOB電極在循環(huán)過(guò)程中的原位XRD圖譜
活性物質(zhì)的再生。(a)再生過(guò)程示意圖。(b)不同溶劑下回收活性物質(zhì)的收率。
8 × 8 cm疊層有機(jī)軟包電池的電化學(xué)性能。本工作證明這種有機(jī)電池，可以在高質(zhì)量負(fù)載下運(yùn)行，使軟包電池電池具有安培小時(shí)級(jí)的高容量。這種性能優(yōu)于所有已報(bào)道的鋅有機(jī)電池。給出了電荷和放電狀態(tài)的直接證明。原位表征和定量分析表明，AZOB和HAZOB之間存在質(zhì)子可逆轉(zhuǎn)換化學(xué)。得益于充電態(tài)和放電態(tài)的高穩(wěn)定性和溶解性，首次實(shí)現(xiàn)了在任何充電態(tài)下的高收率(約90%)回收。證明我們報(bào)道的這種材料是一種可商業(yè)化應(yīng)用，可回收和可擴(kuò)展的高容量有機(jī)電池，這為oem在未來(lái)可持續(xù)能源存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用提供了實(shí)質(zhì)性的一步。AZOB的量產(chǎn)已經(jīng)成熟，以低成本硝基苯為原料，在溫和條件下獲得AZOB。1)原始電極材料的估計(jì)價(jià)格是每公斤不到20美元，僅為商用鋰離子電池傳統(tǒng)電極材料的20%~50%。2)陽(yáng)極(鋅)的資源估計(jì)超過(guò)19億噸(約1.45美元)至少是鋰(8900萬(wàn)噸)的20倍，是一種低成本和安全的水系電池系統(tǒng)。3)本工作中質(zhì)子的儲(chǔ)存需要較溫和的電解液(弱酸性電解質(zhì))，避免了當(dāng)前商業(yè)電池在苛刻條件下(如鉛酸電池或使用其他電解質(zhì)的鋅離子電池)的集流體的腐蝕。4)在任何充電狀態(tài)下，通過(guò)使用商業(yè)溶劑的簡(jiǎn)單提取方法獲得高產(chǎn)量的原始電極材料的可回收性，對(duì)于進(jìn)一步的自然可持續(xù)性是有希望的。最后，我們的電池系統(tǒng)中的放電產(chǎn)物HAZOB是一種重要的生物醫(yī)學(xué)原料。換句話說(shuō)，這項(xiàng)工作也為大規(guī)模生產(chǎn)HAZOB提供了一條簡(jiǎn)單的合成路線，因此不僅對(duì)可持續(xù)能源儲(chǔ)存很重要，而且對(duì)綠色合成也很重要。注意到，為了滿足商業(yè)化的要求，必須考慮到所有方面。未來(lái)的工作是設(shè)計(jì)低成本、可回收、可擴(kuò)展性、可持續(xù)性以及高性能的oem，如大容量、好循環(huán)性、高導(dǎo)電性和高輸出電壓等。原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202302539
