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水系鋅-有機電池因其綠色、低成本和高安全性而受到廣泛關(guān)注。不幸的是，有機材料通常表現(xiàn)出絕緣體性質(zhì)（~10^-10 S cm^-1），并且大多數(shù)報道的有機-鋅電池的有希望的性能是在低正極質(zhì)量負載（~2 mg cm^-2）時實現(xiàn)的，這距離實際應(yīng)用還很遠（10 mg cm^-2）。

復(fù)旦大學王永剛、寧波大學鄢蕾等展示了一種用于鋅電池的新型半導體聚合物聚(1,8-二氨基萘)(PDAN)正極材料，該材料具有中等的電子電導率（5.9 ×10^-5 S cm^-1）。

圖1. PDAN在0.5 M Zn(CF₃SO₃)₂電解液中的電荷存儲機制

第一性原理計算以及原位/非原位表征表明PDAN正極具有雙極型電荷存儲機制，結(jié)合了n型和p型有機物的優(yōu)勢。由于PDAN的半導體性質(zhì)和雙極型反應(yīng)，當質(zhì)量負載從2增加到17 mg cm^-2時，Zn//PDAN電池表現(xiàn)出高容量保持率(~73 %)。

此外，Zn//PDAN電池在0.1 A g^-1時顯示出有希望的容量（140 mAh g^-1），并在高PDAN正極負載下（10 mg cm^-2)具有優(yōu)異的循環(huán)性能（1000圈無容量衰減）。

圖2. 低正極負載電池性能

此外，即使在17 mg cm^-2的更高質(zhì)量負載下，電池仍然可以循環(huán)超過100次，并具有11.9%的超高Z利用率，優(yōu)于大多數(shù)先前的報道。但需要指出的是，目前的工作主要集中在有機正極上，在水系電解液中，不希望的鋅腐蝕和枝晶生長仍然限制了具有高鋅利用率的電池的循環(huán)壽命。因此，未來提高鋅負極的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

圖3. 高正極負載電池性能

Towards High-Performance Aqueous Zinc Batteries via a Semi-Conductive Bipolar-Type Polymer Cathode. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202211107

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?王永剛/鄢蕾Angew：新型半導體聚合物正極助力高性能水系鋅電池

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