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基于氧化還原有機電極材料(OEMs)的有機電池因其具有高性能和可設計性等優勢受到了廣泛關注。雖然有機電池已經取得了一些進展,但有機電池的實際應用似乎還很遙遠。OEMs的實際應用需要嚴格的標準,如低成本、可回收性、可擴展性和高質量負載下的高性能等。然而,受厚電極反應動力學遲滯的限制,有機電極材料在高質量負載下保持高性能仍然具有挑戰性。此外,有機電池的可擴展性和可回收性也很少被報道。

最近,華中科技大學王成亮課題組將目標瞄準在可持續有機電池上,開發了一種低成本、可回收、可擴展的有機電池。該有機電極可以在任何充放電狀態下以高產量(超過90%)回收并直接重復利用。作為示范,基于AZOB的層壓軟包電池具有Ah級容量和良好的循環性能。這項工作為未來可持續有機電池的實際應用邁出了關鍵一步。該論文被遴選為VIP論文。

Zn//AZOB電池在高負載的情況下仍表現出較高的容量和循環性能。此外,大尺寸的單層Zn//AZOB軟包電池也具有較高的容量和循環性能。

核磁、原位FTIR和原位XRD測試的結果表明AZOB還原后可以通過質子存儲轉化為氫化偶氮苯。此外,以氫化偶氮苯的初始電極材料時,實驗結果也表明氫化偶氮苯也同樣可以在電化學過程中脫去質子并轉化為偶氮苯。由于偶氮苯和放電產物氫化偶氮苯在空氣中可以穩定存在,且它們在有機溶劑中都具有非常好的溶解性,因此,電池可以在任意充放電狀態下進行高效回收,平均回收產率接近90%。

通過組裝層壓軟包電池(兩層、四層或八層電極)進一步驗證了該有機電池的可擴展應用。電池也實現了Ah級容量和良好的循環性能,具有潛在的大規模應用前景。

本工作不僅證明了這種有機電池可以在高質量負載下運行,使疊層軟包電池電池具有Ah級容量,而且也通過原位表征和定量分析證明了AZOB和HAZOB之間存在質子可逆轉換化學。此外,本工作也首次實現了電池在任何充電態下的高收率(約90%)回收。這為未來可持續有機電池的實際應用邁出了關鍵一步。