随着对储能系统需求的不断增加和随后的大规模生产，迫切需要开发不仅具有更好的电化学性能，而且具有更好的环境友好性和低生产成本等可持续发展特性的电池。到目前为止，从便携式锂离子电池(如钴和镍)到大规模氧化还原流电池(如钒)，能源存储设备中集中使用的都是稀有的过渡金属。为了实现可持续的电池化学，正在努力将这些系统中的过渡金属基电极材料替换为氧化还原活性有机材料 (ROM)。大多数ROM由地球上丰富的元素（如碳、氮、氧、硫）组成，因此受资源约束较少，并且它们的生产不需要高耗能过程。此外，有机化合物的结构多样性和化学可调性使它们对未来储能系统的多功能设计更具吸引力。因此，及时开发基于 ROM 的高性能电极将加速从当前资源有限的电池化学向更可持续的能源解决方案的转变。

有鉴于此，韩国首尔大学Kisuk Kang教授等人，概述了在各种电池系统中使用和开发ROM作为高性能活性材料的努力。

本文要点

1）从模拟生物代谢中携带能量的分子的新 ROM 设计到化学修饰以定制特定电池系统的特性，将引入多种方法。例如，ROM的分子重新设计可以通过取代氧化还原中心的杂原子来进行，这导致通过诱导效应增强氧化还原电位。或者，通过去除氧化还原惰性官能团来定制 ROM 分子会从而降低分子量，从而增加比容量。

2）ROM 的内在局限性，例如低导电性和溶解性，已受到广泛审查。然而，它们可以通过包括分子间融合和/或与导电支架的纳米级杂交在内的努力来部分解决。另一方面，ROM 的这种有问题的溶解性质使它们对一些新的电池配置具有吸引力，例如采用液态活性材料的氧化还原液流电池。

3）研究发现，ROM 的高溶解度和稳定性有利于提高液流电池的能量密度和循环稳定性，这可以通过 ROM 的化学改性进一步优化。除了活性材料的作用外，ROM 的氧化还原活性也使其能够用作催化剂以促进金属-空气电池中的电极反应。 ROM 的氧化还原能力经常被证明在基于溶液的氧化还原介质中是有效的，该介质有助于金属-空气电池的充电和放电反应。

参考文献：

Giyun Kwon et al. Versatile Redox-Active Organic Materials for Rechargeable Energy Storage. Acc. Chem. Res., 2021.

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00590

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00590