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A type of polyaniline with H+ reservoirs for dual-mechanism NH4+ and I3−/I2 storage
Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1016/j.cej.2024.157804 Xiaodong Zhi, Jiuzeng Jin, Ruiying Zhang, Jia Zheng, Changwei Li, Zhongmin Feng, Yun Wang, Ting Sun
Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1016/j.cej.2024.157804 Xiaodong Zhi, Jiuzeng Jin, Ruiying Zhang, Jia Zheng, Changwei Li, Zhongmin Feng, Yun Wang, Ting Sun
The construction of aqueous rechargeable ammonium-iodine batteries (AIBs) must be eye-catching by combining the unique properties of ammonium ion (NH4+) and the special redox mechanism of iodine. Polyaniline (PANI) as a conductive polymer is a potential cathode material for aqueous NH4+ batteries. However, the proton (H+) escape of amino group (─NH─) in the oxidation process of PANI cannot realize the reversible reduction reaction from full-oxidized imine (─N═) to ─NH─. In this work, polyaniline with H+ reservoirs (PANI-H+) was successfully prepared by electrodeposition for the NH4+ and I3−/I2 storage. Interestingly, ─SO3−H+ groups as H+ reservoirs in 1, 5-Naphthalenedisulfonic acid (1, 5-NDSA) can provide H+ for the reduction of ═N─ to ─NH─, thus achieving the reversible redox process of PANI-H+. Therefore, PANI-H+ electrode exhibited excellent discharge capacity (299.3 mAh/g and 126.7mAh/g at the current density of 1 A/g and 10 A/g, respectively), and good stability of long-term cycles (≈100 % capacity retention after 1000 cycles at the current density of 10 A/g) in (NH4)2SO4 + I3− electrolyte. A series of spectroscopy analyses indicated the dual storage mechanism of NH4+ (de)intercalation and interfacial redox of I3−/I2. Finally, aqueous ammonium-iodine full cell (PTCDA|(NH4)2SO4 + I3−|PANI-H+) was constructed and presented satisfactory electrochemical performances. This work provides guidance to construct promising AIBs.
中文翻译:
一种带有 H+ 储墨槽的聚苯胺,用于双机制 NH4+ 和 I3−/I2 储存
结合铵离子 (NH4+) 的独特特性和碘的特殊氧化还原机制,水性可充电铵碘电池 (AIB) 的结构必须引人注目。聚苯胺 (PANI) 作为一种导电聚合物,是一种用于 NH4+ 水性电池的潜在阴极材料。然而,在PANI的氧化过程中,氨基(─NH─)的质子(H+)逃逸无法实现从完全氧化的亚胺(─N═)到─NH─的可逆还原反应。在本工作中,通过电沉积成功制备了具有 H+ 储层的聚苯胺 (PANI-H+),用于 NH4+ 和 I3−/I2 储存。有趣的是,─SO3−H+ 基团作为 1,5-萘二磺酸 (1, 5-NDSA) 中的 H+ 储层可以提供 H+ 用于将 ═N─ 还原为 ─NH─,从而实现 PANI-H+ 的可逆氧化还原过程。因此,PANI-H+ 电极在 (NH4)2SO4 + I3− 电解液中表现出优异的放电容量(在 1 A/g 和 10 A/g 的电流密度下分别为 299.3 mAh/g 和 126.7mAh/g)和良好的长期循环稳定性(在 10 A/g 的电流密度下循环 1000 次后容量保持 ≈100 %)。一系列光谱分析表明 NH4+(脱)插层和 I3−/I2 界面氧化还原的双重存储机制。 最后,铵碘水全细胞 (PTCDA|(NH4)2SO4 + I3−|PANI-H+) 构建并呈现出令人满意的电化学性能。这项工作为构建有前途的 AIB 提供了指导。
更新日期:2024-11-19
中文翻译:
一种带有 H+ 储墨槽的聚苯胺,用于双机制 NH4+ 和 I3−/I2 储存
结合铵离子 (NH4+) 的独特特性和碘的特殊氧化还原机制,水性可充电铵碘电池 (AIB) 的结构必须引人注目。聚苯胺 (PANI) 作为一种导电聚合物,是一种用于 NH4+ 水性电池的潜在阴极材料。然而,在PANI的氧化过程中,氨基(─NH─)的质子(H+)逃逸无法实现从完全氧化的亚胺(─N═)到─NH─的可逆还原反应。在本工作中,通过电沉积成功制备了具有 H+ 储层的聚苯胺 (PANI-H+),用于 NH4+ 和 I3−/I2 储存。有趣的是,─SO3−H+ 基团作为 1,5-萘二磺酸 (1, 5-NDSA) 中的 H+ 储层可以提供 H+ 用于将 ═N─ 还原为 ─NH─,从而实现 PANI-H+ 的可逆氧化还原过程。因此,PANI-H+ 电极在 (NH4)2SO4 + I3− 电解液中表现出优异的放电容量(在 1 A/g 和 10 A/g 的电流密度下分别为 299.3 mAh/g 和 126.7mAh/g)和良好的长期循环稳定性(在 10 A/g 的电流密度下循环 1000 次后容量保持 ≈100 %)。一系列光谱分析表明 NH4+(脱)插层和 I3−/I2 界面氧化还原的双重存储机制。 最后,铵碘水全细胞 (PTCDA|(NH4)2SO4 + I3−|PANI-H+) 构建并呈现出令人满意的电化学性能。这项工作为构建有前途的 AIB 提供了指导。