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東大孫筱琪Nat. Cummun.：用于可充水系鋅-有機電池的高容量小分子醌正極

可充水系鋅-有機電池是一種采用低成本水系電解質和鋅金屬負極的有前景儲能系統。其電化學性能可以通過有機正極材料的分子設計進行系統調整。

東北大學孫筱琪等人采用對稱的小分子四氨基-對苯醌（TABQ）作為水系鋅-有機電池正極材料。

圖1 用于可充水系鋅-有機電池的高容量小分子醌正極

TABQ的四個氨基可用于在弱酸性鋅電解質中質子化，這將創建質子活性環境并啟動質子插入。同時，氨基和羰基之間形成氫鍵，因此該化合物即使在高溫下也不會升華。更重要的是，氫鍵網絡可以通過氫鍵的斷裂和重整實現輕松的質子傳導。

圖2 TABQ正極在水系鋅-有機電池中的電化學性能

因此，電荷轉移和質子擴散的活化能低于300 meV。在鋅-有機電池中，TABQ正極在0.1 A g^-1時可提供303 mAh g^-1的高容量。隨著電流密度增加到5 A g^-1，仍可保持213 mAh g^-1的容量，并且穩定循環1000次。這項工作提出了一種實現高性能有機電極材料的有效方法。

圖3 TABQ的非原位FT-IR表征

A high capacity small molecule quinone cathode for rechargeable aqueous zinc-organic batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24701-9

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