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有机电池迈出关键一步!成本仅为商业锂电极的五分之一!为青年教授点赞!
来源: | 作者:中研小研 | 发布时间: 2023-04-20 | 278 次浏览 | 分享到:

华中科技大学王成亮教授国家级青年人才计划专家)Angew发表高性能水系有机电池的OEM方面的最新研究成果,并被遴选为VIP论文。博士后陈远为论文第一作者。

氧化还原有机电极材料(OEMs)由于具有设计高性能电池的可能性,因而在电池领域受到了广泛的关注。但oem的实际应用需要严格的标准,如低成本、可回收性、可扩展性和高性能等,因此似乎还很遥远。在这里,我们展示了高性能水系有机电池的OEM。电荷存储的存储具有快速反应动力学,从而在高质量负载下实现高性能。结果表明,叠层软包电池具有良好的循环性能和比容量。得益于小分子性质和稳定的充放电状态,电极在任何电荷状态下都可以回收,产率高(90%以上)。这项工作为oem为未来可持续电池的实际应用迈出了实质性的一步

可回收和可扩展的Zn//AZOB有机电池示意图。

图文简介

水系Zn//AZOB电池的电化学性能。

电荷存储机制的定性和定量表征 (a) AZOB电极在循环过程中的ATR-FTIR原位测试。(b) AZOB、HAZOB、AZOB电极放电态和带电态的异位1H NMR谱。(c) AZOB标准溶液、HAZOB和AZOB电极放电状态的液相色谱-质谱分析。数据按内标(蒽-d10)峰面积归一化。(d)基于LC定量分析两个不同批次AZOB的转化率和容量贡献。(e) AZOB电极在循环过程中的原位XRD图谱

活性物质的再生。(a)再生过程示意图。(b)不同溶剂下回收活性物质的收率。

8 × 8 cm叠层有机软包电池的电化学性能。
本工作证明这种有机电池,可以在高质量负载下运行,使软包电池电池具有安培小时级的高容量。这种性能优于所有已报道的锌有机电池。给出了电荷和放电状态的直接证明。原位表征和定量分析表明,AZOB和HAZOB之间存在质子可逆转换化学。得益于充电态和放电态的高稳定性和溶解性,首次实现了在任何充电态下的高收率(约90%)回收。证明我们报道的这种材料是一种可商业化应用,可回收和可扩展的高容量有机电池,这为oem在未来可持续能源存储设备的实际应用提供了实质性的一步。AZOB的量产已经成熟,以低成本硝基苯为原料,在温和条件下获得AZOB。
1)原始电极材料的估计价格是每公斤不到20美元,仅为商用锂离子电池传统电极材料的20%~50%
2)阳极(锌)的资源估计超过19亿吨(约1.45美元)至少是锂(8900万吨)的20倍,是一种低成本和安全的水系电池系统
3)本工作中质子的储存需要较温和的电解液(弱酸性电解质),避免了当前商业电池在苛刻条件下(如铅酸电池或使用其他电解质的锌离子电池)的集流体的腐蚀。
4)在任何充电状态下,通过使用商业溶剂的简单提取方法获得高产量的原始电极材料可回收性,对于进一步的自然可持续性是有希望的。
最后,我们的电池系统中的放电产物HAZOB是一种重要的生物医学原料。换句话说,这项工作也为大规模生产HAZOB提供了一条简单的合成路线,因此不仅对可持续能源储存很重要,而且对绿色合成也很重要。注意到,为了满足商业化的要求,必须考虑到所有方面。未来的工作是设计低成本、可回收、可扩展性、可持续性以及高性能的oem,如大容量、好循环性、高导电性和高输出电压等。

论文信息

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202302539