水系锌-有机物电池因具有绿色、低成本和高安全性等优点而受到广泛关注。不幸的是，有机物材料通常表现出绝缘体的特性，显示出低的电子导电率(~ 10-10 S cm-1)。目前，大多数报道的锌-有机物电池所表现出的优异性能是在低的有机活性物质载量(~ 2 mg cm-2)下实现的。然而，如此低的活性物质载量与实际应用所需活性物质载量(~ 10 mg cm-2)相差甚远。在此，复旦大学王永刚教授等人利用一种半导体聚合物聚(1,8-二氨基萘)(PDAN)作为正极，构筑了高性能水系锌-有机物电池，该材料具有中等的电子导电率(5.9 × 10-5 S cm-1)。
图1 . PDAN在放电-充电过程中结构演变的理论计算。 图2 . PDAN电极在循环过程中活性位点的结构演变。 图3 . Zn//PDAN电池在高的有机活性物质载量下的电化学性能。 理论计算(图1)和原位/非原位技术(图2)分析表明，PDAN材料具有双极性型电荷存储机制，它结合了n-型和p-型有机物的优点。由于PDAN具有半导体特性和双极性型反应机理，所构筑的Zn//PDAN电池在有机活性物质载量从2 mg cm-2增加到17 mg cm-2的条件下，仍然表现出较高的容量保持率(~ 73 %) (图3)。而且，在高有机活性物质载量(10 mg cm-2)下，该电池显示出高的比容量(140 mAh g-1, 0.1 A g-1)和显著的循环稳定性(1000圈，容量不衰减)。即使在17 mg cm-2高的有机活性物质载量下，Zn//PDAN电池仍然可以循环100圈，锌负极的利用率高达到11.9 %，这是以前报道中很少能实现的。该研究工作为未来的高性能有机材料设计提供了思路。 论文信息 Towards High-Performance Aqueous Zinc Batteries via a Semi-Conductive Bipolar-Type Polymer Cathode Lei Yan,Qiang Zhu,Yae Qi,Jie Xu,Yu Peng,Prof. Jie Shu,Prof. Jing Ma,Prof. Yonggang Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202211107
