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Novel Insoluble Organic Cathodes for Advanced Organic K-Ion Batteries

机译：用于高级有机钾离子电池的新型不溶有机阴极

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Organic redox-active molecules are inborn electrodes to store large-radius potassium (K) ion. High-performance organic cathodes are important for practical usage of organic potassium-ion batteries (OPIBs). However, small-molecule organic cathodes face serious dissolution problems against liquid electrolytes. A novel insoluble small-molecule organic cathode [N,N '-bis(2-anthraquinone)]-perylene-3,4,9,10-tetracarboxydiimide (PTCDI-DAQ, 200 mAh g(-1)) is initially designed for OPIBs. In half cells (1-3.8 V vs K+/K) using 1 m KPF6 in dimethoxyethane (DME), PTCDI-DAQ delivers a highly stable specific capacity of 216 mAh g(-1) and still holds the value of 133 mAh g(-1) at an ultrahigh current density of 20 A g(-1) (100 C). Using reduced potassium terephthalate (K4TP) as the organic anode, the resulting K4TP||PTCDI-DAQ OPIBs with the electrolyte 1 m KPF6 in DME realize a high energy density of maximum 295 Wh kg(cathode)(-1) (213 mAh g(cathode)(-1) x 1.38 V) and power density of 13 800 W Kg(cathode)(-1) (94 mAh g(-1) x 1.38 V @ 10 A g(-1)) during the working voltage of 0.2-3.2 V. Meanwhile, K4TP||PTCDI-DAQ OPIBs fulfill the superlong lifespan with a stable discharge capacity of 62 mAh g(cathode)(-1) after 10 000 cycles and 40 mAh g(cathode)(-1) after 30 000 cycles (3 A g(-1)). The integrated performance of PTCDI-DAQ can currently defeat any cathode reported in K-ion half/full cells.
机译：有机氧化还原活性分子是天生的电极，用于存储大半径的钾（K）离子。高性能有机阴极对于有机钾离子电池（OPIB）的实际使用非常重要。然而，小分子有机阴极面临着针对液体电解质的严重溶解问题。最初设计了一种新型的不溶性小分子有机阴极[N，N'-双（2-蒽醌）]-per-3,4,9,10-四羧基二酰亚胺（PTCDI-DAQ，200 mAh g（-1）） OPIB。在使用1 m KPF6在二甲氧基乙烷（DME）中的半电池中（1-3.8 V vs K + / K），PTCDI-DAQ提供了216 mAh g（-1）的高度稳定的比容量，仍然保持133 mAh g（ -1）在20 A g（-1）（100 C）的超高电流密度下。使用还原的对苯二甲酸钾（K4TP）作为有机阳极，在DME中使用电解质为1 m KPF6的所得K4TP || PTCDI-DAQ OPIBs可实现最大295 Wh kg（阴极）（-1）（213 mAh g）的高能量密度。 （阴极）（-1）x 1.38 V），工作电压期间的功率密度为13800 W Kg（阴极）（-1）（94 mAh g（-1）x 1.38 V @ 10 A g（-1）） K4TP || PTCDI-DAQ OPIB具有极长的使用寿命，在10000次循环后稳定的放电容量为62 mAh g（阴极）（-1），在40 mAh g（阴极）（-1）下具有稳定的放电容量。 30 000次循环后（3 A g（-1））。 PTCDI-DAQ的综合性能目前可以击败K离子半/全电池中报道的任何阴极。

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