具有快速动力学特征的苯醌衍生物电极材料在水系质子电池中的设计和研究

含氧化还原活性基团的苯醌衍生物,在水系质子电池里是一种比容量高、资源丰富的理想电极材料,然而其高溶解性和低的工作电压不利于质子电池的循环稳定性和能量密度的提升,引入吸电子基团不仅可以降低其LUMO能量来提升其反应电位,还可以一定程度上抑制其溶解来提升稳定性。因此,通过电化学研究并对比了3种不同的苯醌化合物作为质子电池的电极材料,研究了不同氯取代情况造成的影响。其中四氯取代的四氯苯醌（4ClBQ）反应电位最高（0.51 V vs. Ag/AgCl）,多电子氧化还原反应机制使其在水系质子电池里具有158 mAh/g的出色容量和高的倍率性能,并且氯取代有效抑制了溶解,在1 A/g的电流密度下也能稳定循环超过1200圈,显示出优异的性能。最后通过探究了电荷的快速反应动力学特征解释了出色的倍率性能。该研究表明,通过引入-Cl基团改进的4Cl-BQ,能进一步提升其在电池里综合性能,是一种极具发展潜力的水系质子电池材料。