本技术公开了一种1,4,5,8‑菲二醌活性物质、有机正极材料及水系锌电池，本申请设计的含1,4,5,8‑菲二醌活性物质的有机正极材料，其具有π共轭结构，利用羰基和Zn＆lt;supgt;2+＆lt;/supgt;之间发生的可逆氧化还原反应来实现电能的快速存储，使其具有优异的导电性和结构稳定性，显著提高了有机正极材料的比容量、能量密度和循环稳定性。具体为该基于1,4,5,8‑菲二醌活性物质的水系锌电池电极在0.64A g＆lt;supgt;‑1＆lt;/supgt;电流密度下最大比容量为412.28mAh g＆lt;supgt;‑1＆lt;/supgt;，在电流增大100倍时，比容量仍然具有138.95mAh g＆lt;supgt;‑1＆lt;/supgt;。同时该水性锌电池在5.13A g＆lt;supgt;‑1＆lt;/supgt;的电流密度下循环1000圈后依旧具有222.11mAh g＆lt;supgt;‑1＆lt;/supgt;的比容量，容量保持率高达71.62％，并且在循环1000圈后的库伦效率仍为100％，具有优异的电化学性能。
背景技术
随着全球能源需求的日益增长以及环境污染问题的日趋严重，开发新型、高效的储能系统变得尤为迫切。在众多储能技术中，水系锌电池因其低成本、高安全性以及环境友好性而受到广泛关注。水系锌电池以金属锌为负极，以水溶液为电解质，具有较高的理论比容量(820mAh g-1
)和适当的氧化还原电位(-0.76V相对于标准氢电极)，这使得水系锌电池成为大规模储能应用的理想选择。
尽管水系锌电池具有上述优势，但其商业化应用仍面临一些挑战，尤其是正极材料的性能限制。现有的无机正极材料，如锰基氧化物、钒基化合物和普鲁士蓝类似物等，通常存在能量密度低、循环稳定性差或制备成本高等问题。此外，这些材料在充放电过程中往往伴随着结构的不可逆变化，导致电池容量快速衰减。
近年来，有机电极材料因其结构多样性、可持续性以及相对较高的理论比容量而受到研究者的青睐，其官能团可与锌离子发生可逆的氧化还原反应从而实现电能的存储与输出。根据官能团电荷性质可将有机材料分为p型、n型和双极性型。P型有机材料具有高的平台放电电压(＆gt;1.0Vvs.Zn/Zn2+
)，但其低的活性位点密度和单电子反应基团导致其容量输出有限(＆lt;150mAh g-1
)；双极性型有机材料结合了p型和n型有机材料高电压和容量的优势，但目前仍处于初级研究阶段，且其低的活性位点密度和单电子反应基团导致其容量不足(＆lt;200mAh g-1
)和低的能量密度(＆lt;150Wh kg-1
)，目前报道的一种四硝基卟啉能量密度可达365Wh kg-1
；n型有机材料通常包括醌类化合物、硝基芳烃、偶氮物和亚胺化合物，醌类化合物由于其在自然界中的广泛存在，被认为是一种有潜力的绿色电极材料。醌类化合物通常具有优良的比容量(120-336mAh g-1
)，但其平台放电电压低(＆lt;0.8Vvs.Zn/Zn2+
)导致其能量密度不够优秀(大多数在200-260Wh kg-1
)，极少数醌类化合物可提供高的放电电压(1.1V),但其容量不足仍导致低的能量密度等问题，主要原因在于其最低未占有分子轨道的固有能级和羰基活性单元利用率低，例如9,10-菲醌和9,10-蒽醌，因其最低未占有分子轨道的固有能级，其平台放电电压仅有0.57V和0.51V，其理论比容量为258mAh g-1
，由于羰基活性单元利用率低(9,10-菲醌为43％和9,10-蒽醌为75％)，因而其实际容量仅为110mAh g-1
和193mAh g-1
，导致低的能量密度。因此，为了解决这些问题，通过分子设计和结构优化来优选理论容量大、多电子和活性单元利用率高的醌类化合物是提升锌电池性能和促进其商业化应用的关键。
实现思路