背景與文獻簡介
水系鋅電池在日常快速儲能方面很有前景，但其商業化受到鋅離子寄主低容量和低倍率性能的限制，特別是在實用級質量負載(每平方厘米10mg以上)的情況下更加明顯。近日，中山大學盧錫洪老師團隊在Energy Environ. Sci.期刊上發表了題為“Aromatic Organic Molecular Crystal with Enhanced π-π Stacking Interaction for Ultrafast Zn-Ion Storage”的研究論文，本文報道了一種芳香有機分子晶體，3,4,9,10-苝四羧酸二酐（PMC），通過加強π-π疊置相互作用促進其離子傳輸動力學，作為Zn離子的超高速率寄主材料。相互連接的層狀結構具有很強的π-π疊加作用，實現了電子的快速傳輸，一維離子孔道為離子的快速傳輸提供了高速路徑。鋅電池使用這種電極材料可以實現高倍率性能(從1.6 C到260.4 C仍然能具有62.6%的容量),優越的功率密度(14.8kW kg-1)和在高質量負載(從2.5mg cm-2到12.3 mg cm-2容量保留可達83.6%)下良好的儲能容量保留,為實際應用中設計高速鋅離子存儲設備提供了深入的研究。 圖文導讀 圖1. PMC與π-PMC材料的物理表征比較 圖2. 電化學性能展示 圖3. 非原位技術對電極的儲能過程的探究 圖4. 電化學動力學分析 總結 綜上所述，本研究表明，增強芳香有機分子晶體的π-π疊加相互作用能夠有效地促進材料的電子轉移，降低Zn2+的擴散能壘，從而為Zn離子的超快存儲提供高效的宿主。得益于活化的1-D離子通道，提高了電子和離子傳輸速率，優化的π-PMC電極能夠提供極好的倍率性能和高功率密度。在質量負載范圍為2.5 ~ 12.3mg cm-2時，質量容量衰減率僅為16.4%，在擴展的實際設備應用級別下可以提供1.26 mA h cm-2的面積容量。這些成果為分子晶體宿主材料的設計提供了深入的見解，對實現高速率性能和功率密度的超快鋅離子存儲具有重要的借鑒意義。 文獻資料 Aromatic Organic Molecular Crystal with Enhanced π-π Stacking Interaction for Ultrafast Zn-Ion Storage，Energy Environ. Sci.，2020. DOI：10.1039/D0EE01723J
