近日，课题组博士研究生杨锦在锌离子电池有机正极研究方面取得新进展，相关成果“A High Utilization and Environmentally Sustainable All-Organic Aqueous Zinc-Ion Battery Enabled by a Molecular Architecture Design” 发表在《Advanced Energy Materials》。

由于在资源可再生性、环境友好性和结构可设计性方面的特殊优势，有机正极被认为是 锌离子电池中传统无机材料的替代品。但有机正极材料仍面临着溶解度高、电子导电性差等问题。同时确保有机正极的长循环寿命、高比容量、高工作电压和无障碍的电子传输仍然是一个巨大的挑战。另外，锌有机电池另一个常被忽视的关键点在于锌的利用率低。由于锌在水性电解质中的枝晶生长和副反应，锌负极的库伦效率较差，难以满足实际电池系统的要求。因此，几乎所有有机正极循环稳定性的改进都是通过在阳极侧使用大量过量的锌金属来实现的。锌负极的低利用率（通常<15%）将不可避免地降低电池的能量密度。

本文提出了一种由具有大芳环系统的有机正极材料（QDPA）和有机负极材料1,4,5,8-萘四甲酰二亚胺（NPI）组成的全有机水系锌离子电池，具有优异的电化学性能，高利用率，同时实现资源可回收。基于分子结构策略，设计并合成了具有扩大芳环体系的QDPA正极，它不仅有效地抑制了循环过程中的溶解，而且在不降低活性基团比例的情况下提高了工作电压和本征电子电导率。此外，理论计算和实验结果证实了QDPA在C=N活性位点上快速的H⁺储存机制，提供了超快的电化学动力学。因此，它在20 A g^-1下提供高达13000个循环，每个循环仅有0.002%的容量衰减。此外，具有43.1 Wh kg^-1高能量密度的QDPA//NPI全有机水系锌离子电池在失效后可以通过拆卸焚烧实现资源回收利用，确保环境可持续性。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202204005