锌电池新材料：多氮杂环给体-受体自组装有机超结构

摘要：由于锌丰富资源、低反应电势、高容量和安全性，水系锌电池为新一代储能体系提供了良好发展前景。研究者一直致力于开发高性能阴极材料，这被认为是提高电池性能指标的关键因素。得益于可持续性、结构和功能的多样性，芳香族有机物作为锌有机电池（ZOBs）的有前景的阴极脱颖而出

由于锌丰富资源、低反应电势、高容量和安全性，水系锌电池为新一代储能体系提供了良好发展前景。研究者一直致力于开发高性能阴极材料，这被认为是提高电池性能指标的关键因素。得益于可持续性、结构和功能的多样性，芳香族有机物作为锌有机电池（ZOBs）的有前景的阴极脱颖而出。有机阴极通过n型和/或p型氧化还原反应储存能量。广泛报道的醌、硝基芳烃和亚胺属于n型有机物（电子受体），它们往往表现出优异的容量，但氧化还原电压不令人满意（

同济大学化学科学与工程学院刘明贤教授（点击查看介绍）团队长期致力于高效储能材料研究并应用于新能源电池，该课题组近期从材料的活性位点与微结构设计角度出发，提出了多氮杂环供体-受体自组装构筑双极性有机超结构材料的新方法。电子受体三聚氯氰和电子给体哌嗪通过氢键和π−π平面堆叠自组装形成花状有机超结构，展示出高密度活性位点、高度共轭的双极性结构和低能带间隙，有助于加快电子转移动力学和电极氧化还原速率，促进了低反应能垒的Zn2+/OTF−相反离子交替配位，揭示了n型亚胺和p型叔氮协同氧化还原电荷存储机制，有效解决了当前双极型有机材料存在的问题，构建了高能量密度（412 Wh kg−1）和长循环寿命（70,000次充放电后容量保持率为80.5%）的锌电池。

图1. 有机超结构材料的设计合成及其结构表征。