基于氧化還原有機(jī)電極材料(OEMs)的有機(jī)電池因其具有高性能和可設(shè)計(jì)性等優(yōu)勢受到了廣泛關(guān)注。雖然有機(jī)電池已經(jīng)取得了一些進(jìn)展,但有機(jī)電池的實(shí)際應(yīng)用似乎還很遙遠(yuǎn)。OEMs的實(shí)際應(yīng)用需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),如低成本、可回收性、可擴(kuò)展性和高質(zhì)量負(fù)載下的高性能等。然而,受厚電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲滯的限制,有機(jī)電極材料在高質(zhì)量負(fù)載下保持高性能仍然具有挑戰(zhàn)性。此外,有機(jī)電池的可擴(kuò)展性和可回收性也很少被報(bào)道。
最近,華中科技大學(xué)王成亮課題組將目標(biāo)瞄準(zhǔn)在可持續(xù)有機(jī)電池上,開發(fā)了一種低成本、可回收、可擴(kuò)展的有機(jī)電池。該有機(jī)電極可以在任何充放電狀態(tài)下以高產(chǎn)量(超過90%)回收并直接重復(fù)利用。作為示范,基于AZOB的層壓軟包電池具有Ah級(jí)容量和良好的循環(huán)性能。這項(xiàng)工作為未來可持續(xù)有機(jī)電池的實(shí)際應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。該論文被遴選為VIP論文。
Zn//AZOB電池在高負(fù)載的情況下仍表現(xiàn)出較高的容量和循環(huán)性能。此外,大尺寸的單層Zn//AZOB軟包電池也具有較高的容量和循環(huán)性能。
核磁、原位FTIR和原位XRD測試的結(jié)果表明AZOB還原后可以通過質(zhì)子存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化為氫化偶氮苯。此外,以氫化偶氮苯的初始電極材料時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明氫化偶氮苯也同樣可以在電化學(xué)過程中脫去質(zhì)子并轉(zhuǎn)化為偶氮苯。由于偶氮苯和放電產(chǎn)物氫化偶氮苯在空氣中可以穩(wěn)定存在,且它們在有機(jī)溶劑中都具有非常好的溶解性,因此,電池可以在任意充放電狀態(tài)下進(jìn)行高效回收,平均回收產(chǎn)率接近90%。
通過組裝層壓軟包電池(兩層、四層或八層電極)進(jìn)一步驗(yàn)證了該有機(jī)電池的可擴(kuò)展應(yīng)用。電池也實(shí)現(xiàn)了Ah級(jí)容量和良好的循環(huán)性能,具有潛在的大規(guī)模應(yīng)用前景。
本工作不僅證明了這種有機(jī)電池可以在高質(zhì)量負(fù)載下運(yùn)行,使疊層軟包電池電池具有Ah級(jí)容量,而且也通過原位表征和定量分析證明了AZOB和HAZOB之間存在質(zhì)子可逆轉(zhuǎn)換化學(xué)。此外,本工作也首次實(shí)現(xiàn)了電池在任何充電態(tài)下的高收率(約90%)回收。這為未來可持續(xù)有機(jī)電池的實(shí)際應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。
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