低活化能的双极有机纳米结构，用于高容量和超长寿命的水系钙离子电池

双极有机纳米结构（BONs）通过多分子氢键和π-π相互作用形成有序结构，暴露多氧化还原活性位点，显著提升水系钙离子电池容量（302mAh/g）和循环寿命（10万次），并构建先进全电池（221Wh/kg，2万次）。

　　

可充电水基钙离子电池（CIBs）由于其双价电子转移能力、丰富的资源以及高容量，为大规模能量存储问题提供了一种有前景的解决方案。然而，由于高空间能量障碍，这些电池的进展受到限制，因为其密集堆积且无序的阳极结构中氧化还原活性基团的暴露程度较低，从而导致容量和耐用性受限。我们通过将双电子苯醌单元和4,4′-偶氮二苯胺单元通过多分子氢键（N–H?O）和π–π相互作用整合到扩展的π共轭聚合物骨架中，设计了低活化能的双极性有机纳米结构（BONs）。BONs良好的棒状几何结构实现了连续的电子离域路径，充分暴露了内置的多氧化还原羰基/偶氮/胺基团，并增强了在水电解液中的抗溶解能力。因此，在BONs阳极中实现了稳定的4 e^? Ca²⁺/H⁺/OTF^?存储，活化能极低（0.22 eV），从而在所有报道的CIBs有机材料中展现了最先进的容量（302 mAh g^?1）和寿命（100,000次循环）。此外，BONs阳极还可以用于设计先进的BONs‖KCoFe(CN)₆全电池，该电池具有更高的容量（210 mAh g^?1）、更高的能量密度（221 Wh kg^?1）以及更长的循环稳定性（20,000次循环）。这项工作在多氧化还原有机纳米结构的设计方面取得了重大进展，有助于改进CIBs的性能。