Dual-Redox-konjugiertes bipolares kovalentes organisches Gerüst ermöglicht Hochspannungs-symmetrische Protonenbatterien

Symmetrische vollständig organische Protonenbatterien (SAOPBs) gewinnen aufgrund ihrer Sicherheit und überlegenen Leistungsrate für die großflächige Energiespeicherung zunehmend an Bedeutung, wobei ihre Entwicklung durch das Fehlen geeigneter bipolarer Elektromaterialien, die reversible Dual-Redox-Aktivität und hohe Betriebsspannungen in einer einzigen Struktur integrieren, stark eingeschränkt ist. Hier berichten wir über ein bipolares kovalentes organisches Gerüst (TAPT-HAT-COF), das sowohl als Kathode als auch als Anode in einer symmetrischen Protonenbatterie dient. In diesem COF etablieren die elektronenziehenden Pyrazin/Carbonyl-Einheiten und die elektronendonierenden Phenylimin-Gruppen zwei unabhängige und reversible Redox-Paare, die eine hohe Betriebsspannung von bis zu 0,83 V erzielen. In Kombination mit in situ FTIR-Spektroskopie und theoretischen Berechnungen zeigt TAPT-HAT-COF einen bipolaren Ladungsspeicher-Mechanismus, wobei die C═N- und C═O-Gruppen als reversible Redoxzentren fungieren. Dank der vollständig konjugierten Struktur und zahlreicher aktiver Stellen weist die montierte SAOPB eine hohe spezifische Kapazität von 108,5 mAh g-1 bei 5 A g-1 mit stabilem Zyklusverhalten über 3000 Zyklen auf. Zudem bestätigt eine praktische Beuteltasche, die eine spezifische Kapazität von 145,8 mAh g-1 bei 0,5 A g-1 liefert, das Anwendungspotenzial des Materials. Diese Arbeit bietet eine praktikable Entwurfsstrategie und ein Modell für bipolare COF-Materialien für symmetrische Energiespeichersysteme.