以无机化合物为电极材料的水基电池被认为是一种有效电网储能解决方案，但电极寿命短和高成本限制了其广泛应用。羰基有机物具有结构可调、可再生性好、环境友好等优点，可作为无机电极材料的有效替代品。此外，宽广的内部空间使这些有机物能够灵活地存储各种电荷(H⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Mg²⁺和Ca²⁺等)。

有鉴于此，复旦大学王永刚教授综述了羰基有机物在水溶液中储能和转换的研究进展，包括作为固态电极的水基电池、作为可溶性氧化还原物种的液流电池和作为氧化还原缓冲电极的水电解。此外，还总结了这些有机电极的优点，并讨论了它们在实际应用中面临的挑战。

文章要点

1）作者总结了用于储能的水电解质不溶性有机电极包括：（1）以一价金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺)为电荷载体的水基有机电池（有机锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池）；（2）以二价金属离子(Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺)为电荷载体的水基有机电池（具有较宽的内部空间，有利于二价离子的存储）；（3）以氢离子为电荷载体的水基有机电池（在温和的水溶液(pH为5-7)或酸性的电解液中，存在氢离子，可以由有机物通过可逆配位反应存储）。

2）可溶性有机分子可作为液流电池的氧化还原活性物质，特别是有机材料的多样性和结构可调性，决定了其溶解度、操作电压、电子转移数和电化学/化学稳定性的调节。作者总结了以可溶性有机分子为氧化还原物种的水流电池的研究进展。

3）作者总结了具有氢离子可逆储存能力的有机物，其可以作为氧化还原缓冲电极来电解水分解用于产生H₂和O₂。

4）作者总结了使用有机物电极的优点包括：（1)可以从丰富的前驱体中以环境友好的方式可持续地获得有机物；（2）快速动力学和强稳定性使相关电池表现出高倍率和长寿命的特点；（3）宽广的内部空间有利于多价离子的存储，这是常规无机电极材料难以实现的；（4）当用作液流电池的氧化还原物种时，有机分子的大尺寸使其不能透过透析膜，可以用来代替昂贵的离子交换膜；（5）可调谐的结构和可持续排料极大地丰富了电极材料的设计。

5）作者指出，含羰基有机物用于储能和转化的研究还处于初级阶段。这些有机物通常表现出固有的低电导率和低抽头密度，这大大增加了内阻，降低了面积容量和体积能量密度等缺点。许多性能研究仅基于电极活性材料，而不是基于实际器件。因此，在未来的研究工作中，有必要针对有机电极的缺点，找到有效解决方案，使得有机物真正应用于实际的储能和转换装置中。

Jianhang Huang, et al, Progress of Organic Electrodes in Aqueous Electrolyte for Energy Storage and Conversion, Angew. Chem. Int. Ed. , 2020

DOI：10.1002/anie.202003198

https://doi.org/10.1002/anie.202003198