Wässrige Calcium-Ionen-Batterie basierend auf einer mesoporösen organischen Anode und einer Manganit-Kathode mit langer Zyklusführung

Wässrige Batterien haben aufgrund ihrer hohen Sicherheit, geringen Kosten und niedrigen Toxizität zunehmend und umfassend an Aufmerksamkeit gewonnen. Diese Faktoren sind angesichts des aktuellen Schwerpunkts auf der schnellen Entwicklung grüner Energietechnologien zunehmend wichtig geworden. Insbesondere bieten mehrwertige Ionenbatterien Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien. Leider haben Magnesium- und Aluminiumionen hohe Polarisationseigenschaften, die für Elektrodematerialien ungünstig sind. Im Gegensatz dazu vermeiden Calcium-Ionen-Batterien erfolgreich das Problem der hohen Polarisation. Hier wird eine wässrige Calcium-Ionen-Batterie (CIBs) beschrieben, die auf mesoporösem Siliziumdioxid SBA-15 mit einer zweidimensionalen hexagonalen Durchgangsstruktur basiert. Das auf SBA-15 unterstützte organische Material Poly(3,4,9,10-Perylen-tetracarboxylic-Diimid) (PPTCDI) wird als Anode verwendet und zeigt eine Kapazität von 201 mAh g-1, mit einer stabilen Zyklusleistung von 95 % Kapazitätsrückhalt nach 1500 Zyklen. SBA-15@PPTCDI‖Ca2 MnO4 wässrige CIBs zeigen eine hohe Energiedichte von 130,6 Wh kg-1 im Zellspannungsbereich von 0,0 bis 1,8 V, mit einer hohen Kapazität und ausgezeichneter Zyklusstabilität. Als Anodenmaterial zeigt SBA-15@PPTCDI eine besondere Bindung von Redox-Elektronen, die zu ihrer hochstabilen Leistung führt, und ebnet den Weg zur Behebung der Mängel traditioneller organischer Elektrodematerialien. Die Lokalisierung und Delokalisierung der Redox-Elektronen bietet zusätzliche Spannungsstabilität, was einen weiteren wichtigen Vorteil für praktische Anwendungen darstellt. Diese Studie hebt das Potenzial organischer Elektrodematerialien für Anwendungen in wässrigen mehrwertigen Metall-Ionen-Batterien hervor.