中國儲能網訊：由于豐富的資源和低廉的價格，鈉離子電池被認為是潛在的大規(guī)模儲能電池體系。相對于目前大量報道的無機電極材料，有機材料具有如下優(yōu)點。首先，有機電極材料通常采用溫和的方法進行制備，反應多為室溫下或者200℃以下進行的取代反應或聚合反應等，這能夠減少在電極制備過程中的能量消耗和二氧化碳的排放；其次，大部分有機電極材料可取自天然產物或其衍生物，滿足可持續(xù)發(fā)展的需要；再者，有機電極材料是基于氧化還原中心的電荷轉移反應，能夠承受鈉離子較大的半徑。最重要的是，經過合理設計，有機正極材料的比容量可接近500安時每公斤，遠高于目前報道的無機正極材料。盡管具有以上諸多優(yōu)點，有機電極材料也存在活性材料易溶于有機電解液、導電性差、電壓低等問題亟待解決。
近日，南開大學陳軍教授團隊綜述了有機電極材料在鈉離子電池中的應用情況。目前用在鈉離子電池體系的有機電極材料主要基于碳氧雙鍵反應，摻雜反應以及碳氮雙鍵反應。其中基于碳氧雙鍵反應的電極材料主要包括醌類化合物，羧酸鹽化合物，酸酐以及酰胺類化合物。該類化合物容量較高，循環(huán)性能穩(wěn)定，目前研究最為廣泛?；趽诫s反應的電極材料主要包括有機自由基類化合物，導電聚合物，微孔聚合物，有機金屬化合物等。其中p-摻雜反應通常由電解液中的陰離子參與，工作電位一般高于3 V。而n-摻雜反應由電解液中的陽離子參與，工作電位一般在2 V以下?；谔嫉p鍵反應的化合物主要包括席夫堿，蝶啶類衍生物等。此類電極材料目前研究較少，工作原理還需進一步深入探索。此外，通過一系列的設計，有機電極材料的電壓，比容量，溶解性，導電性等參數都能夠合理的進行調控。例如，通過增加活性官能團在分子中所占的比例，可以提高電極材料的理論比容量。通過調整有機分子的最低未占據軌道能級的能量，材料的電壓可以有效調控。拉電子的基團可以升高材料的工作電位，而給電子基團能夠降低材料的工作電位。通過對有機分子進行聚合，可以有效地抑制電極材料在電解液當中的溶解問題。與碳材料進行復合，可以提高材料的導電性，促進電極材料倍率性能的提升。
同時，作者展望了有機電極材料在鈉離子電池中的發(fā)展前景。未來有機電極材料應該側重于水系以及有機電解液體系鈉離子全電池的研究。此外，探索如何在不損失整體容量的基礎上提高有機材料的導電性，降低其在電解液當中的溶解，同時提高其長循環(huán)穩(wěn)定性也是未來發(fā)展的難點和重點。相關成果發(fā)表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201601792）上。
