Zn−有机电池正受到人们的广泛关注，然而其有机正极的低容量（<400 mAh g⁻¹）和低电位（<1 V vs Zn/Zn²⁺）严重限制了电池的能量密度。

近日，复旦大学王永刚教授报道了成功在碱性电解液（6 M KOH+0.2 M Zn(CH₃COO)₂）中构建了一种基于聚(1,5-NAPD)正极和Zn负极的化学自充电水系Zn-有机电池。结果表明，聚(1,5-NAPD)//Zn电池在0.2 A g⁻¹下的比容量为188.9 mAh g_NAPD^-1，具有良好的循环稳定性（3 000次循环后的循环稳定性为78%），在无氧条件下具有良好的倍率性能。

文章要点

1）非原位拉曼光谱和原位傅立叶变换红外光谱表明，聚(1,5-NAPD)的亚胺（C=N）基团是氧化还原活性中心，揭示了可逆的K⁺储存机理。当电池暴露在空气时，正极放电产物（即聚(1,5-NAPD)(K⁺)_n）可被电解质中的溶解氧氧化并恢复至其初始状态（即聚(1,5-NAPD)）。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，聚(1,5-NAPD)(K⁺)_n配合物中K−N键长较大，结合能较弱，容易被O₂氧化还原断裂。

3）因此，在聚(1,5-NAPD)//Zn电池耗尽后，可以通过将电池暴露在空气中来实现化学自充电过程。电池可快速自充电至1.23 V，在0.2 A g⁻¹下放电容量达186 mAh g⁻¹，且这种化学充电/恒流放电过程可快速重复100次。此外，这种化学自充电电池实现了625.5 Wh kg⁻¹的超高能量密度。

这项工作一方面拓宽了水系Zn−有机电池的应用范围，为开发自充电储能器件提供有效的策略。另一方面，由于自充电电池的研究还处于初级阶段，电极/电解液的优化和电池结构的改进将是未来的重要研究方向。

参考文献

Lei Yan, et al, Chemically Self-Charging Aqueous Zinc-Organic Battery, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06936

https://doi.org/10.1021/jacs.1c06936