Katoda Fenoselenazin Dua Elektron Tipe-p dengan Penghalang Redoks Rendah untuk Baterai Organik Seng Unggul

Abstrak
Bahan katode organik tipe-p dengan potensi redoks tinggi dan kinetika cepat telah menarik perhatian luas dalam mendorong baterai Zn-organik (ZOB). Namun, kapasitas yang dapat diakses anionnya tidak mencukupi karena reaksi elektron tunggal dan/atau penghalang energi tinggi dari setiap unit yang aktif redoks. Di sini kami merancang molekul kecil kalkogen organik tipe-p yang mendonorkan dua elektron (fenoksazin (PO), fenotiazin (PS) dan fenozelenazin (PSe)) dengan distribusi muatan yang disesuaikan dan perilaku transfer elektron sebagai bahan katode untuk ZOB. Dengan penurunan elektronegativitas kalkogenida (O>S>Se), PSe membebaskan aktivitas koordinasi terkuat, delokalisasi elektron yang efisien, dan kinetika penyimpanan muatan dengan energi aktivasi redoks yang sangat rendah (0,23 vs. 0,34 eV PS dan 0,41 eV PO), yang berkontribusi pada pemanfaatan elektron ganda yang tinggi dari motif fenazin sebesar 99,2% (vs. 68,8% PS dan 52,7% PO). Akibatnya, baterai Zn||PSe memberikan penyimpanan kapasitas tertinggi (227 mAh g−1) dan kepadatan energi (273 Wh kg−1) di antara sel tipe-p yang dilaporkan, bersama dengan masa pakai yang lama (10.000 siklus). Mekanisme redoks dua elektron dibuka di situs amina/selenium PSe, disertai dengan penyerapan reversibel dua anion CF3SO3−. Studi ini menyoroti potensi besar desain multielektron penghalang energi rendah untuk katoda organik berkinerja tinggi menuju ZOB tingkat lanjut.