[发明专利]一种萘醌-喹喔啉有机电极材料及其在水系锌离子电池中的应用有效

专利信息
申请号: 202210473444.1 申请日: 2022-04-29
公开(公告)号: CN114883559B 公开(公告)日: 2023-08-04
发明(设计)人: 张朝峰;翟云明;王睿;马权伟;张龙海;周腾飞;熊旭阳 申请(专利权)人: 安徽大学
主分类号: H01M4/60 分类号: H01M4/60;H01M10/36
代理公司: 安徽省合肥新安专利代理有限责任公司 34101 代理人: 乔恒婷
地址: 230601 安徽省*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 喹喔啉 有机 电极 材料 及其 水系 离子 电池 中的 应用
【说明书】:

发明公开了一种萘醌‑喹喔啉有机电极材料及其在水系锌离子电池中的应用,其中萘醌‑喹喔啉有机电极材料由八水环己六酮和1,2‑二氨基蒽醌在乙酸中通过脱水缩合反应获得。以该有机电极材料作为水系锌离子电池正极材料,其中丰富的C=O和C=N基团作为氧化还原活性位点可实现Znsupgt;2+/supgt;的可逆存储,提高电极材料的电化学比容量,获得优异的稳定性。且分子内构成π共轭体系可有效抑制电极材料的溶解,保证在低温下的电化学反应中仍具有快速的电子传递和离子传输,获得优异的低温电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种萘醌-喹喔啉有机电极材料及其在水系锌离子电池中的应用,属于水系锌离子电池电极材料领域。

背景技术

可充电金属锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品和电动汽车。然而,金属锂离子电池仍存在大量问题,比如成本高、安全性低等,这些都限制了其应用范围。但是,使用含水电解质的可充电水系电池在很大程度上减少了这些担忧。在过去几年中,这类电池经历了快速的发展。作为水系电池的理想负极,金属锌具有较高的理论比容量(820mAh g-1)以及低氧化还原电位(-0.76V vs.S.H.E.)。但是水系锌离子电池的正极材料的研究主要集中在无机化合物上,如金属氧化物、普鲁士蓝类似物等。但这类材料非绿色环保且自然资源稀缺。相比之下,有机电极材料具有廉价、环境友好、分子设计灵活、电化学性能可调等优点。

迄今为止,人们已经研究了锌离子与C=O和C=N氧化还原基团之间的可逆电化学反应。在有机材料中,醌类化合物表现出良好的环境友好性,具有优良的氧化还原活性。然而,许多小的醌分子,如苯醌,它们具有相对较高的溶解度,使得活性物质在电解质中穿梭导致容量衰减。同时,在水系锌离子电池中,C=N氧化还原基团存在Zn2+嵌入/脱出现象,使其成为水系锌电池理想的正极材料。

发明内容

本发明旨在提供一种萘醌-喹喔啉有机电极材料及其在水系锌离子电池中的应用。本发明产物制备方法简单,所用原料便宜易得,应用于水系锌离子电池显示出较高的循环稳定性、较高的循环比容量以及较好的低温性能,电化学性能优异。

本发明萘醌-喹喔啉有机电极材料,是由八水环己六酮和1,2-二氨基蒽醌在乙酸中通过脱水缩合反应获得。以该有机电极材料作为水系锌离子电池正极材料,其中丰富的C=O和C=N基团作为氧化还原活性位点可实现Zn2+的可逆存储,提高电极材料的电化学比容量,获得优异的稳定性。且分子内构成π共轭体系可有效抑制电极材料的溶解,保证在低温下的电化学反应中仍具有快速的电子传递和离子传输,获得优异的低温电化学性能。

所述萘醌-喹喔啉有机电极材料的结构式如下所示:

本发明萘醌-喹喔啉有机电极材料的制备方法,包括如下步骤:

步骤1:在充满氩气的手套箱中,称取186-189mg八水环己六酮和427-429mg1,2-二氨基蒽醌置于50mL乙酸(提前置于氩气气氛下室温搅拌1-3h)中搅拌均匀,于140℃搅拌回流反应40h;

步骤2:将步骤1所得反应液倒入40mL冰水中,然后用热醋酸(70-90℃)和去离子水各离心洗涤3-5次,得到的固体产物真空干燥;用质量浓度30%的硝酸溶液(40mL)140℃下回流处理固体3h,以去离子水离心洗涤3-5次,真空干燥,得到目标产物,即为萘醌-喹喔啉。

合成路线示意如下:

本发明萘醌-喹喔啉有机电极材料的应用,是以所述萘醌-喹喔啉有机电极材料作为水系锌离子电池的正极材料使用。

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