螺旋结构聚二氨基吩嗪阴极材料实现超稳定水系锌有机电池的高性能储能

来自某研究团队的研究人员针对水系锌离子电池（AZIBs）中吡嗪类有机电极材料成本高、循环寿命短的问题，开发了一种具有螺旋交替刚性-柔性结构的有机聚合物p-DAP。该材料通过热聚合合成，实现了近95%的氧化还原活性位点利用率，在10 A g?1下提供145.2 mAh g?1容量，并在136 900次循环后保持78.9%的容量，且在–40 °C下循环3 550次后仍保持97.7%的容量。实验与理论研究表明其储能机制以质子主导，为高性能AZIBs提供了可靠的有机电极设计策略。

　　

研究人员开发了一种具有螺旋架构的聚合物——聚(2,3-二氨基吩嗪)(poly(2,3-diaminophenazine), p-DAP)，其结构中的芳香环/脂环交替排列形成独特刚性-柔性螺旋构型。该材料通过低成本邻苯二胺(o-phenylenediamine)的热聚合反应合成，整合了饱和脂环与吡嗪(pyrazine)结构单元，不仅稳定了层间间距，还促进了离子传输动力学。

电化学性能显示，p-DAP在0.2 A g^?1电流密度下实现了近95%的氧化还原活性位点利用率，并在10 A g^?1高倍率下仍可提供145.2 mAh g^?1的高比容量。更值得注意的是，该材料表现出卓越的循环稳定性：在13.69万次循环后容量保持率达78.9%，且在极低温条件（–40 °C）下经过3 550次循环后仍保持97.7%的容量。

通过实验与理论计算相结合的手段，研究团队揭示其电荷存储机制主要由质子(proton)主导。该工作不仅为设计兼具高电化学活性与长寿命的有机电极材料提供了新思路，也为低温环境下高性能水系锌-有机电池（Zinc-organic batteries）的开发奠定了材料基础。