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燕山大學(xué)Yang Liu和Liqiu WangMusthafa Ottakam Thotiyl課題組--具有改進(jìn)的輔助配位Zn2+插入提取正性能的聚（醌-硫脲）水系鋅離子電池陰極

可持續(xù)的有機(jī)醌基聚合物在陰極應(yīng)用中表現(xiàn)出許多有前途的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高其電化學(xué)性能很重要。在這項(xiàng)工作中，實(shí)現(xiàn)了由輔助配位鏈聚（醌-硫脲）連接的氧化還原單元的設(shè)計(jì)有機(jī)材料結(jié)構(gòu)，并將其用作水性鋅離子電池的正極。該電池顯示出改進(jìn)的電化學(xué)性能，0.02 Ag^-1時(shí)的最大放電比容量為211 mA hg^-1，0.1 Ag^-1下1000次循環(huán)后容量保持率為83%的長(zhǎng)循環(huán)性能（118 mA hg^-1 初始放電容量）.通過(guò)非原位XPS研究的Zn²⁺存儲(chǔ)機(jī)制證明苯酚的氧原子和硫脲基團(tuán)的硫和氮原子都有助于Zn²⁺的嵌入，穩(wěn)定了Zn²⁺的配位并提高了比容量。非原位FT-IR還支持醌羰基的氧化還原和硫脲基團(tuán)與Zn²⁺的配位。此外，硫脲基團(tuán)作為輔助配位點(diǎn)可以減輕陰極表面的鋅沉積，提高氧化還原可逆性和長(zhǎng)循環(huán)性能。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有望成為開(kāi)發(fā)用于多價(jià)離子電池的高性能有機(jī)正極材料的一種有前景的策略。

圖1.PQTU的合成路線及PQU和PQEDA的結(jié)構(gòu)。

圖 2. PQTU 的表征。(a) FT-IR光譜。(b)TG 曲線。(c)和(d)SEM圖像。(e) C、O、N和S 的元素映射。

圖 3. PQTU的XPS光譜：(a) C 1s、(b) N 1s、(c) O 1s 和 (d) S 2p。

圖 4. (a) 1 mV s^-1下100個(gè)循環(huán)的CV曲線。(b) PQTU∥ZnSO4∥Zn電池的倍率性能。(c)不同電流密度下的充放電曲線。(d)PQTU∥ZnSO4∥Zn電池在0.1Ag⁻¹下的長(zhǎng)循環(huán)性能。

圖 5. (a) CV 曲線和(b) PQTU∥ZnSO4∥Zn 電池在不同放電/充電循環(huán)后的 Nyquist 圖。

圖6.(a)PQTU在不同掃描速率下的CV曲線。(b)在氧化還原和氧化峰處對(duì)應(yīng)的log（峰值電流）與log（掃描速率）圖。(c)PQTU在不同掃描速率下的電容和擴(kuò)散控制的貢獻(xiàn)率。 (d)PQTU∥ZnSO₄∥Zn電池在1mVs⁻¹時(shí)的電容和擴(kuò)散控制電流貢獻(xiàn)。

圖 7. (a) O 1s、(b) S 2p、(c)N 1s和(d) Zn 2p的非原位XPS精細(xì)光譜。

圖8.PQTU陰極在初始、放電后和充電后狀態(tài)下的原位紅外光譜。

圖9. PQTU 陰極(a)在初始狀態(tài)和 (b)5th、(c)10th、(d)50th、(e)100th、(f)500th 和(g-i) 之后的非原位 SEM 圖像在 0.1 A g⁻¹ 電流密度下的第1000次放電/充電循環(huán)。

圖10. (a) PQTU、PQU和PQEDA的放電比容量比較。(b)PQTU、PQU和PQEDA在0.02 A g^-1下的放電長(zhǎng)循環(huán)比較。

相關(guān)科研成果由燕山大學(xué)Yang Liu和Liqiu Wang等人于2021年發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05881）上。原文：Poly(quinone-thiourea) with Improved Auxiliary Coordination Zn²⁺ Insertion/Extraction Positive Performance for Aqueous Zinc Ion Battery Cathodes。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)



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