空氣自-充電水系電池有望集成能量收集技術(shù)和電池系統(tǒng)，有可能克服對能源和時(shí)空環(huán)境的嚴(yán)重依賴。然而，利用有前途的正極材料和合適的電荷載體開發(fā)多功能空氣自充電電池系統(tǒng)仍然具有挑戰(zhàn)性。
基于此，東北師范大學(xué)朱廣山教授和王恒國教授等人報(bào)道了首次以全共軛六氮雜萘（HATN）基多孔芳香骨架為正極材料，開發(fā)出低溫自充電Zn-K水系混合離子電池（AZKHBs），表現(xiàn)出以K+為電荷載體的氧化還原化學(xué)反應(yīng)，并調(diào)節(jié)Zn離子溶劑化化學(xué)反應(yīng)，引導(dǎo)均勻鋅沉積/剝離。AZKHBs在全天候條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)1.15 V的最大電壓，高放電容量（466.3 mAh g-1），即使在-40 °C下也具有出色的自充電性能。
通過DFT計(jì)算，作者研究了AZKHBs展示的工作機(jī)制，其中K+離子在電池正極插入/提取，Zn2+離子在負(fù)極沉積/剝離。同時(shí)，K+載流子與正極材料的優(yōu)先相互作用反應(yīng)。當(dāng)電壓小于0.2 V時(shí)，含Zn(OTF)2的GCD曲線呈現(xiàn)過渡放電現(xiàn)象。與KOTF相比，Zn-K電解質(zhì)的GCD和CV曲線表現(xiàn)出相似的氧化還原峰，表明相似的存儲機(jī)制。
與KOTF電解質(zhì)相比，使用Zn-K電解質(zhì)的電池在200次循環(huán)后表現(xiàn)優(yōu)異的倍率性能（特別是在更高的電流密度下）和更好的循環(huán)穩(wěn)定性（容量保持率為98.5 vs. 57.8%）。在GCD過程中，C=N鍵的信號強(qiáng)度先減小后增大，證實(shí)了HATN的C=N是PAF-305的氧化還原活性中心。在完整的放/充電過程中，K 2p峰分別逐漸升高和降低，表明C=N鍵的氧化還原反應(yīng)是K+儲存的原因。
Tuning Electron Delocalization of Redox-Active Porous Aromatic Framework for Low-Temperature Aqueous Zn-K Hybrid Batteries with Air Self-Chargeability. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202401559.
