고온의 전자적 활성 화합물 프레임워크로부터 얻어진 높은 접근성을 가진 아닐린-융합 퀴논 단위들이 효율적인 양성자 전하 저장을 제공한다.

초록 본질적인 안전성과 지속 가능성 덕분에 수계 양성자 배터리는 유망한 에너지 장치로 부상하고 있다. 그럼에도 불구하고 산성 전해질에서 전극 재료의 부식이나 용해 문제는 실용적인 응용에 앞서 해결해야 한다. 본 연구에서는 본질적으로 규칙적인 개방 기공 채널과 뛰어난 안정성을 특징으로 하는 아닐린-융합 퀴논 단위를 갖는 전자적 활성 2D 공유 유기 프레임워크(TPAD-COF)를 기반으로 한 음극 재료를 개발하였다. TPAD-COF 음극은 0.2 A g −1에서 126 mAh g −1의 높은 용량을 제공하며, 2 A g −1에서 5000회 사이클 후 84%의 용량 보유율을 보이는 장기 사이클 안정성을 유지한다. 밀도 함수 이론(DFT) 계산과 관련된 포괄적인 ex situ 분광학 연구는 아닐린-융합 퀴논 단위의 –NH– 및 C=O 그룹이 충전/방전 과정 중 6 전자의 두드러진 산화 환원 활성을 나타낸다는 것을 밝혀냈다. 또한 TPAD-COF//안트라퀴논(AQ) 전량 유기 시스템으로 구성된 조립형 펀치 배터리는 0.5 A g −1에서 130회 사이클 후 115 mAh g −1의 방전 용량을 제공하여 TPAD-COF 음극의 수계 양성자 배터리에 대한 잠재적 응용 가능성을 암시한다. 본 연구는 장기 사이클 성능과 높은 용량을 가진 수계 양성자 배터리를 위한 전극 재료 설계에 대한 새로운 관점을 제공한다.