由氧化还原活性聚合物电极组成的水性全聚合物质子电池 （APPBS） 被认为是安全清洁的可再生能源存储**。 然而，在承受高电流率的同时，在水性电解质的狭窄电化学窗口内最大化高电池输出电压，对于APPBS来说仍然是一个巨大的挑战。
吉林大学：赵丹明、贾晓腾利用邻苯二酚基正极和醌基聚氨酯（PUQ）负极，开发了一种具有优异电化学性能的全聚合物水系质子电池。
图1 全聚合物质子电池聚合物电极及氧化还原反应示意图
通过将仿生氧化还原活性儿茶酚突出端引入聚（3,4-乙二氧基噻吩）（PEDot）骨架，高氧化还原电位（060 V vs AGCl） 阴极，这归因于显着的电子离域。氧化还原突出端和共轭主链的电子云分离促进了赝电容电荷存储，从而获得了出色的倍率性能。 此外，具有硬链段和软链段的扩散醌基聚合物阳极可以增加过电位并减少体积变化引起的电极破裂，从而提高循环稳定性。
图2 不同充放电状态下聚合物电极的结构表征
因此，结合扩散醌基聚合物阳极，APPBS提供072 V 的高电池电压，出色的倍率性能（从 0 开始）。5 至 25 A g-1 的体积保持率为 648%）和循环稳定性（在2 A g-1下循环1000次后容量保持率超过80%），优于最先进的有机质子全电池。此外，DFT计算和非原位结构表征可以加深对醌基聚合物电极中质子存储机制的理解。 这些结果凸显了合理设计用于可持续储能系统的高性能聚合物电极的可行性。
图3 水系全聚合物质子电池的性能
bioinspired catechol-grafting pedot cathode for an all-polymer aqueous proton battery with high voltage and outstanding rate capacity. advanced science 2021. doi: 10.1002/advs.202103896