叶华林/李彦光 AFM: 解锁有机电极材料：开启超越锂离子电池的储能新时代

文章总结

研究背景：锂离子电池（LIBs）应用广泛，但锂资源的可持续性和成本问题促使人们开发 “beyond Li-ion” 电池技术。与传统无机电极材料相比，有机电极材料（OEMs） 具有资源丰富、结构可定制、能容纳大阳离子等优势，然而其高溶解性、低导电性和低能量密度阻碍了实际应用 。

电荷存储机制与挑战

存储机制：OEMs 通过电活性官能团的氧化还原反应存储电荷，依据氧化还原行为可分为 n - 型、p - 型和双极型。

面临挑战：在电解质中溶解性高，导致活性物质损失和容量衰减；电导率和离子电导率低，限制倍率性能；活性位点密度低，致使能量密度低 。

提升性能的策略

连接工程：通过盐形成、氢键形成、配位键形成和共价键形成等方式增强分子稳定性。如将 OEMs 转化为有机盐可降低溶解性，氢键能形成网络减少溶解并促进质子传导，配位键在 MOFs 和 CCPs 中提供结构稳定性，COFs 依靠强共价键展现出高稳定性 。

电子工程：通过共轭结构扩展、掺杂和取代基修饰等策略调节电子结构。扩展 π- 共轭可减小 LUMO 和 HOMO 能级差，提高电导率；掺杂分为 P 型和 N 型，能调整能级增强电荷传输；引入吸电子或供电子取代基可改变工作电压 。

结论与展望：尽管在分子工程策略上取得进展，但 OEMs 大规模应用仍处于初期。未来应利用人工智能辅助设计，深入研究氧化还原机制和结构演变，优化与电解质的兼容性并在全电池中测试，同时探索在柔性电池中的应用 。

图文简介

有机电极材料（OEMs）在储能方面的优势

通过形成盐的连接工程来增强循环稳定性

通过形成配位键的连接工程来增强循环稳定性

通过形成共价键的连接工程来提高循环稳定性

有机电池未来研究方向的建议

论文信息

通讯作者： Hualin Ye, Yanguang Li