氧化還原有機(jī)電極材料（OEMs）由于可以設(shè)計(jì)成高性能的電池，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。然而，OEMs的實(shí)際應(yīng)用需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如低成本、可回收性、可擴(kuò)展性和高性能等，這似乎還很遙遠(yuǎn)。

圖1. 水系Zn//AZOB電池的電化學(xué)性能

華中科技大學(xué)王成亮等展示了一種用于高性能水系有機(jī)電池的OEM。將OEMs應(yīng)用于水系電池，其優(yōu)點(diǎn)如下：

1）質(zhì)子存儲在水系電池中是可能的，它可能具有高容量和快速反應(yīng)動力學(xué)；

2）有機(jī)電極材料通常可溶于有機(jī)電解質(zhì)，但可能不溶于水系電解質(zhì)；

3）水系電解質(zhì)比商業(yè)鋰離子電池中的傳統(tǒng)有機(jī)電解質(zhì)更環(huán)保、更可持續(xù)和更實(shí)惠。

在這種情況下，作者選擇了小分子偶氮苯（AZOB）作為OEMs，它不溶于水，但高度溶于有機(jī)電解質(zhì)。

圖2. 電荷儲存機(jī)制的定性和定量表征

與其他有機(jī)電極材料相比，

1）AZOB具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，是一種可以大規(guī)模合成的工業(yè)材料；

2）一個偶氮基團(tuán)能夠可逆地轉(zhuǎn)移兩個電子，這使其有可能實(shí)現(xiàn)具有高理論容量的OEM，而其他C=O或C=N基團(tuán)通常只能儲存一個電子；

3）小分子偶氮化合物由于不溶于水，更適合用于水系電池；

4）偶氮苯在有機(jī)電解質(zhì)中的溶解性使得在有機(jī)電解質(zhì)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電池不太可能；

5）聚合物的回收和表征具有挑戰(zhàn)性；而小分子AZOB可以通過使用低成本的商業(yè)有機(jī)溶劑輕松實(shí)現(xiàn)回收。

通過大量的定性和定量分析，作者證明在還原后，AZOB可以通過儲存質(zhì)子轉(zhuǎn)化為氫氧化苯（HAZOB）。在充電和放電狀態(tài)下在空氣中都是穩(wěn)定的，并可溶于低成本的商業(yè)有機(jī)溶劑，因此，OEMs可以在任何充電狀態(tài)下以高產(chǎn)率（超過90%）進(jìn)行回收。作為范例，基于AZOB的層狀軟包電池實(shí)現(xiàn)了安培小時級的容量，并具有出色的循環(huán)性能。

圖3. 堆疊式大型有機(jī)軟包電池的電化學(xué)性能

A Recyclable and Scalable High-Capacity Organic Battery. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302539