电子调节的TPPa COF作为Zn-I电池的高性能宿主
Yunlong Sun1, Qiwang Shao1, Shuangshou Wang2
1School of Materials Science and Engineering, Anhui Province Key Laboratory of Efficient Conversion and Solid-State Storage of Hydrogen & Electricity, Anhui University of Technology, Ma'anshan, Anhui, 243032, China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|November 6, 2025
概括
工程共价有机框架 (COF) 通过提高利用率和稳定性来提高电池的性能. 基功能化COF在具有挑战性的条件下表现出了显著的容量保留和稳定的运行.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 水性- (Zn-I2) 电池面临的挑战是,由于聚酸的穿效应,的利用率很低,循环稳定性有限.
- 共价有机框架 (COF) 作为阴极主体具有潜力,但需要结构和电子优化.
研究的目的:
- 通过对六角多孔TPPaCOF的侧组工程来提高Zn-I2电池的利用率和循环稳定性.
- 研究电子调制对COF属性的影响及其与多化物种的相互作用.
主要方法:
- 合成和表征基功能化TpPa COF (TpPa-NO2) 的方法.
- 使用TpPa-NO2作为阴极主体的Zn-I2电池的电化学测试.
- 理论模拟 (DFT) 了解电子结构和聚化亲和力.
- 在现场拉曼和UV-vis光谱检测反应机制和聚化的行为.
主要成果:
- TpPa-NO2 呈现出高特异容量 (≈183 mAh g-1 在0.1 A g-1 时) 和出色的循环稳定性 (84.3% 保持在 10,000 个循环后在 5 A g-1 时).
- 电池在低温 (-5°C) 和高负荷 (≈15 mg cm−2) 及缓解极化条件下表现出稳定的运行.
- 在TpPa-NO2中的电子调制减少了带间隙,增加了聚胺亲和力,改善了利用率.
- 谱学研究证实了主导的I−/I5−氧化还原通路和抑制的聚化溶解.
结论:
- 电子定制的COF,特别是TpPa-NO2,是高性能Zn-I2电池的有希望的阴极宿主.
- 侧组工程提供了一种有效的双重策略,以提高利用率并减轻Zn-I2电池中的穿效应.
- 这种方法为开发具有长寿命和稳定的水性金属电池提供了一条途径.
