陶占良/范红金AFM：水系有机锌电池中小分子有机化合物部分电荷的动态平衡

水系锌离子电池(AZIBs)的有机正极具有固有的灵活性和良好的动力学特性，但它们的溶解度较高。

在此，南开大学陶占良教授&南洋理工大学范红金教授团队提出部分电荷调节策略，设计具有扩展π共轭平面的有机小分子，即苯并[i]苯并[6′,7′]喹喔啉[2′,3′:9,10]菲[4,5-abc]吩嗪-5,10,16,21-四酮(PTONQ)。

PTONQ分子的延伸π共轭平面引起的活性位点电荷均衡与高芳香性相结合，使分子溶解度低、电荷转移快、结构稳定性高。所制造的Zn//PTONQ电池在175 mA g^-1下循环超过500小时、容量衰减小，充放电动力学快，抗冻性能好(-20℃以下)。

图1. 理论计算和模拟

总之，该工作通过部分电荷调节策略，在不牺牲有机正极氧化还原动力学的情况下，有效缓解了可解决的问题。同时成功合成PTONQ这种具有扩展π共轭平面的有机小分子。最终，Zn//PTONQ电池在各种电流密度和温度下均表现出较长的循环寿命(在-20℃时，175 mA g^-1下为500小时，10 A g^-1下为10000次循环，1.4 A g^-1下为1000次循环)。

此外，PTONQ显示出Zn²⁺主导的电化学反应，而没有H⁺的参与。并且在放电状态下观察到Znx(CF₃SO₃)_y(OH)₂x-y·nH₂O副产物是由于正极-电解质界面上的Zn²⁺富集而不是H⁺消耗所致。因此，该项工作为有机正极的可解决问题提供了一个合理的解决方案，并加深了对其副产物形成机制的理解。

图2. PTONQ的离子存储机制

Dynamic Balance of Partial Charge for Small Organic Compound in Aqueous Zinc-Organic Battery, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306675

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陶占良/范红金AFM：水系有机锌电池中小分子有机化合物部分电荷的动态平衡

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