锌有机电池正引起广泛关注，但其能量密度受到有机正极低容量（<400 mAh g-1）和电位（<1 V vs. Zn/Zn2 ）的限制。
近日，复旦大学王永刚教授等人报道了一种长寿命、高倍率的锌-有机电池，它由聚（1,5-萘二胺）（poly(1,5-NAPD)）正极、锌箔负极和碱性电解液（6 M KOH 0.2 M Zn(CH3COO)2）组成，其中正极反应基于K 和C=N基团之间的配位反应（即 C=N/C-N-K转化）。
有趣的是，作者发现放电后的锌-有机电池可以在O2的存在下快速恢复到初始状态，即进行化学自充电，理论计算表明放电正极中的K-N 键很容易被O2通过氧化还原反应破坏。得益于优异的自充电能力，该有机正极可在高倍率下进行100次恒电流放电/化学充电循环，这使得有机正极实现了16264 mAh g-1的累积容量，相应的锌-有机电池表现出创纪录的625.5 Wh kg-1高能量密度。相关成果以题为“Chemically Self-ChArging Aqueous Zinc-Organic Battery”发表在在国际著名期刊JACS上。
图文导读
材料合成和表征
poly(1,5-NAPD)样品可通过1,5-萘二胺(1,5-NDA)单体在酸性水溶液中简单化学氧化聚合合成。SEM图像显示，poly(1,5-NAPD)表现出不规则的颗粒形态和少许团聚。TEM图像显示，poly(1,5-NAPD)样品的典型粒径约为600 nm。FTIR、Raman光谱以及XRD证实了样品的成功合成。热重分析(TGA)曲线表明，化学氧化聚合后，poly(1,5-NAPD)的热稳定性显著提高。
图1 poly(1,5-NAPD)的表征 能量储存机制
非原位Raman光谱表明，位于1452 cm-1处的C=N键的振动峰在放电过程中逐渐减弱，然后在充电过程中逐渐恢复，表明poly(1,5-NAPD)的氧化还原活性中心为是C=N键。原位ATR-FTIR光谱进一步证实了这一点。在放电过程中，非芳环上的C=N键逐渐转变为芳环上的C-N键。
随后，C-N和C=C键的吸附峰强度在充电过程中逐渐降低，显示出较高的可逆性。两种光谱表征结果充分证明poly(1,5-NAPD)的电荷存储机制是可逆的C=N/C-N-转化。这种可逆转化主要涉及电解液中K 或Zn2 的储存/释放。XPS分析进一步表明，C=N键的氧化还原反应是K 储存的原因。
图2 Poly(1,5-NAPD)电极在循环过程中活性中心的结构演变 Poly(1,5-NAPD)//Zn电池的电化学性能
Poly(1,5-NAPD)电极的电化学特性通过纽扣电池进行研究，其中锌箔用作负极，电解液为碱性电解液（6 M KOH 0.2 M Zn(CH3COO)2）。CV显示，电池呈现出两对氧化还原峰，这归因于poly(1,5-NAPD)中K 的可逆存储/释放过程。Poly(1,5-NAPD)//Zn电池在0.2 A g-1下可提供188.9 mAh g-1的放电容量，在30 A g-1的高电流密度下仍能实现65 mAh g-1的容量。此外，poly(1,5-NAPD)//Zn电池实现了139.6 Wh kg-1的高能量密度和29 kW kg-1的功率密度（基于有机正极和消耗的锌负极），优于大多数报道的水系有机电池。Poly(1,5-NAPD)//Zn电池在5 A g-1下，循环3000次后容量保持率为78%，库仑效率接近100%。此外，作者还构建了柔性带状poly(1,5-NAPD)//Zn电池，如图所示，柔性带状电池可以在不同的弯曲角度下稳定运
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