Plastic batteries: Polyimides are proposed as cathode materials for rechargeable lithium batteries. Although they are regarded as insulators, five polyimides with different structures all show good electrochemical activity and some of them show promising performance, which could allow their use in a new generation of “green battery” applications.

Poly(anthraquinonyl sulfide) is synthesized and investigated as a novel organic cathode material for rechargeable lithium batteries, which shows excellent reversibility and cyclabilty, and gives important insights into developing a new generation of organic cathode materials with higher performance.

Electroactive polymers are a new generation of "green" cathode materials for rechargeable lithium batteries. We have developed nanocomposites combining graphene with two promising polymer cathode materials, poly(anthraquinonyl sulfide) and polyimide, to improve their high-rate performance. The polymer-graphene nanocomposites were synthesized through a simple in situ polymerization in the presence of graphene sheets. The highly dispersed graphene sheets in the nanocomposite drastically enhanced the electronic conductivity and allowed the electrochemical activity of the polymer cathode to be efficiently utilized. This allows for ultrafast charging and discharging; the composite can deliver more than 100 mAh/g within just a few seconds.

Abstract In spite of recent progress, there is still a lack of reliable organic electrodes for Li storage with high comprehensive performance, especially in terms of long‐term cycling stability. Herein, we report an ideal polymer electrode based on anthraquinone, namely, polyanthraquinone (PAQ), or specifically, poly(1,4‐anthraquinone) (P14AQ) and poly(1,5‐anthraquinone) (P15AQ). As a lithium‐storage cathode, P14AQ showed exceptional performance, including reversible capacity almost equal to the theoretical value (260 mA h g −1 ; >257 mA h g −1 for AQ), a very small voltage gap between the charge and discharge curves (2.18–2.14=0.04 V), stable cycling performance (99.4 % capacity retention after 1000 cycles), and fast‐discharge/charge ability (release of 69 % of the low‐rate capacity or 64 % of the energy in just 2 min). Exploration of the structure–performance relationship between P14AQ and related materials also provided us with deeper understanding for the design of organic electrodes.

In concern of resource sustainability and environmental friendliness, organic electrode materials for rechargeable batteries have attracted increasing attentions in recent years. However, for many researchers, the primary impression on organic cathode materials is the poor cycling stability and low energy density, mainly due to the unfavorable dissolution and low redox potential, respectively. Herein, a novel polymer cathode material, namely poly(benzoquinonyl sulfide) (PBQS) is reported, for either rechargeable Li or Na battery. Remarkably, PBQS shows a high energy density of 734 W h kg –1 (2.67 V × 275 mA h g –1 ) in Li battery, or 557 W h kg –1 (2.08 V × 268 mA h g –1 ) in Na battery, which exceeds those of most inorganic Li or Na intercalation cathodes. Moreover, PBQS also demonstrates excellent long‐term cycling stability (1000 cycles, 86%) and superior rate capability (5000 mA g –1 , 72%) in Li battery. Besides the exciting battery performance, investigations on the structure–property relationship between benzoquinone (BQ) and PBQS, and electrochemical behavior difference between Li–PBQS battery and Na–PBQS battery, also provide significant insights into developing better Li‐organic and Na‐organic batteries beyond conventional Li‐ion batteries.

Organic electrode materials are promising alternatives to transition-metal based intercalation compounds for the next generation of high-performance and sustainable batteries. Herein, a novel quinone-based organic, lithium salt of poly(2,5-dihydroxy-p-benzoquinonyl sulfide) (Li2PDHBQS), was successfully synthesized through a simple one-step polycondensation reaction, and applied as a cathode for Li–organic batteries. As an oligomeric lithium salt with average polymerization degree of 7, Li2PDHBQS combines the advantages of the O⋯Li⋯O coordination bond and increased molecular weight, thus solves absolutely the dissolution problem of active material in non-aqueous electrolytes, which has seriously hindered development of organic electrode materials. Benefiting from the high theoretical capacity, intrinsic insolubility, fast reaction kinetics of the quinone group, accelerated Li-ion transport and uniform blending with conductive carbon, as well as the stable amorphous structure, Li2PDHBQS shows superior comprehensive electrochemical performance including high reversible capacity (268 mA h g−1), high cycling stability (1500 cycles, 90%), high rate capability (5000 mA g−1, 83%) and high Coulombic efficiency (99.9–100.1%). Investigation of the structure–property relationship of Li2PDHBQS and its analogues also gives new insights into developing novel quinone-based organic electrode materials, for building better Li–organic or Na–organic batteries beyond traditional Li-ion batteries.

Aggregation is a crucial factor in bacterial biofilm formation, and comprehending its properties is vital for managing waterborne antibiotic-resistant bacteria. In this study, we examined Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) cell aggregation under varying conditions and assessed the inactivation efficiency of a novel disinfection method, micro-nano bubbles plasma-activated water via ultrasonic stirring cavitation (MPAW-US), on aggregated MRSA cells. Aggregation efficiency increased over time and at low salt concentrations but diminished at higher concentrations. Elevated MRSA cell aggregation in actual water samples represented significant real-life biohazard risks. Unlike conventional disinfection, MPAW-US treatment exhibited minimal change in the inactivation rate constant despite protective outer layers. Enhanced inactivation efficiency results from the synergistic effects of increased intracellular oxidative stress damage and extracellular substance disruption, triggered by ultrasound-activated micro-nano bubbles that improve PAW reactivity and applicability. This approach neither induced MRSA cross-resistance to unfavorable conditions nor increased toxicity or regrowth potential of aggregative MRSA, utilizing ATP levels as potential regrowth capability indicators. Ultimately, this energy-efficient disinfection technology functions effectively across diverse temperature ranges, showcasing exceptional sterilization and nutritional bean sprout production after cyclic filtering, thereby promoting wastewater sustainability amidst carbon emission concerns.

Organic cathode materials (OCMs) hold significant promise as alternatives to transition-metal-based inorganic counterparts for constructing sustainable and efficient rechargeable batteries. However, it is a huge challenge to overcome the dissolution problem at an affordable cost, especially for small-molecule organic cathode materials (SMOCMs). Herein, we investigated a commercially available vat dye, namely, flavanthrone (FVT), directly as a novel SMOCM for rechargeable lithium batteries. It possesses a low solubility benefiting from the extensive aromatic system and a high theoretical capacity of 262 mAh g–1 based on the four electroactive C═O/C═N groups. The four-electron redox reaction can be nearly fully utilized within a voltage window of 0.8–3.5 V, exhibiting two distinct and stable potential plateaus at 2.50 and 0.95 V versus Li+/Li. Within an optimal voltage window of 1.5–3.5 V and in an optimal electrolyte of 1 M LiTFSI/G4 [LiTFSI, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide; G4, tetraethylene glycol dimethyl ether], FVT effectively executes a two-electron redox reaction, displaying a discharge voltage of 2.5 V, a reversible capacity of 131 mAh g–1, and a high capacity retention of 95% after 100 cycles. Furthermore, the electrochemical redox and capacity fading mechanisms as well as the influence of varying voltage windows and electrolytes have been thoroughly elucidated, providing important insights that guide the rational design of SMOCMs' structures and test conditions.

Organic polymer cathode materials have emerged as promising candidates for constructing sustainable lithium and post-lithium batteries. However, it remains a significant challenge to synthesize electroactive polymers with the desired energy density and cycling stability in a cost-effective manner. Herein, we present a simple yet effective solid-phase method for synthesizing a series of bipolar quinone-amine polymers, specifically, poly(imino anthraquinone)s (PIAQs). The dehydration polycondensation reaction, occurring at 350 °C between the amino and hydroxy groups of low-cost diaminoanthraquinone and dihydroxyanthraquinone monomers, yields four PIAQ samples with identical repeating units but varied connection patterns. As cathode materials for lithium batteries employing ester-type electrolytes, they exhibit comparable charge–discharge curves and energy densities within 1.5–4.3 V but varying cycling stabilities proportional to their polymerization degrees. For example, despite its lowest-cost monomers, PIAQ-44 demonstrates one of the most outstanding electrochemical performances among polymer cathode materials, boasting a reversible capacity of 248 mA h g–1, an average discharge voltage of 2.53 V, and a high cycling stability (75% capacity retention after 2000 cycles). Moreover, the slight differences in electrochemical performance among the four PIAQs, pertaining to bipolar redox, irreversible deprotonation, and capacity fade, have been thoroughly elucidated to provide constructive insights into quinone-amine polymers.