二重レドックス共役双極性共有結合性有機骨格が可能にする高電圧対称プロトン電池

対称型全有機プロトン電池（SAOPB）は、安全で優れたレート特性から大型エネルギー貯蔵において注目されていますが、可逆的な二重レドックス活性と高動作電圧を単一構造内に統合した適切な双極性電極材料の欠如が大きな制限となっています。そこで本研究では、対称型プロトン電池におけるカソードおよびアノードの両方として双極性共有結合性有機骨格（TAPT-HAT-COF）を報告します。このCOFでは、電子不足のピラジン/カルボニル基と電子豊富なフェニルイミン基が2つの独立かつ可逆的なレドックスカップルを形成し、最大0.83Vの高い動作電圧を実現します。in situ FTIR分光法および理論計算と組み合わせた結果、TAPT-HAT-COFはC═NおよびC═O基が可逆的レドックス中心として機能する双極性の電荷貯蔵機構を示しました。完全共役構造と豊富な活性部位のおかげで、組み立てられたSAOPBは5 A g⁻¹で108.5 mAh g⁻¹の高い比容量を示し、3000サイクル以上の安定した充放電が可能です。さらに、実用的なポーチセルでは0.5 A g⁻¹で145.8 mAh g⁻¹の比容量を示し、材料の実用的応用の可能性を確認しました。本研究は対称型エネルギー貯蔵システムのための双極性COF材料の実用的な設計戦略とモデルを提供します。