Polímero Ativo em Redox do Tipo Escada Alcança Armazenamento de Prótons Ultraestável e Rápido em Baterias Aquosas de Prótons

Resumo Um polímero coplanar rígido do tipo escada com arranjo molecular altamente ordenado foi projetado via uma estratégia conformacional de cicloconjugação covalente. Beneficiando-se da delocalização eletrônica π estendida na espinha dorsal polimérica altamente aromática do tipo escada, o polímero preparado exibe transporte rápido de carga intra-cadeia ao longo da cadeia polimérica, realizando uma capacidade extraordinária de armazenamento de prótons em baterias aquosas de prótons. Baterias aquosas de prótons acessíveis e seguras (APBs), com o mecanismo único de "Grotthuss", são muito significativas para o avanço de iniciativas de neutralidade de carbono. Embora polímeros orgânicos ofereçam uma estrutura robusta e adaptável bem adequada para eletrodos de APB, a limitada capacidade redox de armazenamento de prótons tem restringido sua aplicação mais ampla. Aqui, um polímero do tipo escada (PNMZ) foi projetado via uma estratégia conformacional de cicloconjugação covalente que exibe estrutura eletrônica otimizada e transporte rápido de carga intra-cadeia dentro do esqueleto polimérico de alta aromaticidade. Como resultado, o polímero apresenta cinéticas redox excepcionais de armazenamento de prótons, evidenciadas por técnicas de monitoramento in-operando e cálculos teóricos. Alcança uma notável capacidade de armazenamento de prótons de 189 mAh g −1 a 2 A g −1 e excelente estabilidade de ciclagem a longo prazo, com aproximadamente 97,8% de retenção de capacidade após 10.000 ciclos. Finalmente, um dispositivo APB totalmente polimérico de alto desempenho foi construído com desejável retenção de capacidade de 99,7% após 6.000 ciclos e alta densidade de energia de 56,3 Wh kg −1.