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與商用鋰離子電池相比，水系鋅離子電池（AZIBs）由于具有許多優點，在大規模儲能裝置方面擁有巨大的潛力。然而，由于缺乏堅固的正極材料，AZIBs的能量密度和循環壽命受到進一步限制。

圖1. 材料制備及表征

南開大學陶占良等通過分子結構設計方法成功地合成了新型的小型有機材料，即4S6Q和4S4Q。具體而言，考慮到苯醌（BQ）和萘醌（NQ）的理論比容量較高，但溶解度大，導電性差，這項工作引入共軛硫醚（-S-）鍵將其連接（兩個NQ和一個BQ通過共軛硫醚鍵連接，即4S6Q；兩個NQ和一個苯通過共軛硫醚鍵連接，即4S4Q），可顯著改善其離子導電性。

更重要的是，4S6Q和4S4Q靈活的分子骨架賦予了它們對離子吸收/移除的強大承受力。因此，4S6Q和4S4Q顯示出低溶解度和良好的電化學穩定性。

圖2. 常溫電化學性能

因此，基于3.5 M Zn(ClO4)₂電解液的Zn//4S6Q電池在150 mA g^-1時表現出240 mAh g^-1的高放電容量，并且在3 A g^-1時循環20000次后沒有容量衰減，具有卓越的循環壽命。即使在30 A g^-1的高電流密度下也能達到208.6 mAh g^-1的放電容量。全面的特征分析確定了羰基的強大氧化還原活性，并揭示了4S6Q材料的H⁺存儲機制。

更令人印象深刻的是，這種電池可以在-60℃下穩定運行，并且在3 A g^-1的條件下循環10,000次后容量沒有下降。總體而言，這項工作證明了設計堅固的小型有機材料的途徑，并擴展了AZIBs在低溫條件下的應用。

圖3. Zn/4S6Q的低溫電化學性能

Molecular Engineering Design for High-Performance Aqueous Zinc-Organic Battery. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-022-01009-x

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陶占良Nano-Micro Letters：高性能水系有機鋅電池的分子工程設計

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