中國儲能網(wǎng)訊：當(dāng)前，二次鋰離子、鈉離子電池和超級電容器作為新型的儲能、供電器件，已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車、航天航空等領(lǐng)域。通常，構(gòu)建鋰、鈉離子電池和超級電容器的電極材料，主要是一些具有電化學(xué)活性的金屬化合物以及部分人工合成的有機材料。雖然這些電極材料具有較高的比容量，并且展現(xiàn)出了可觀的應(yīng)用前景，但是面臨著因資源過度開采而不斷攀升的制造成本、較差的生物相容性及安全隱患等問題，特別是在服役期后將產(chǎn)生大量的電子垃圾。因此，研究綠色、生物相容性好、比容量高的電極材料與器件將是下一代、可持續(xù)型儲能系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。
在自然界中，大到宏觀生態(tài)系統(tǒng)、具體到生物個體，小到微觀細(xì)胞分子尺度，無處不存在高效的能量轉(zhuǎn)換和存儲系統(tǒng)。道法自然，研究人員開發(fā)出一些來源于生物質(zhì)的、新穎、高效、清潔環(huán)保、可再生的儲能材料。這些基于生物分子的活性材料，具有良好的電化學(xué)儲能性能，并展示出在柔性、可生物相容、可生物降解等儲能器件中的應(yīng)用前景。
近期，北京航空航天大學(xué)郭林教授課題組綜述了基于可再生生物分子的電化學(xué)儲能材料的研究進展。首先，細(xì)胞膜胞外電子傳遞鏈中囊括的具有氧化還原活性的電子載體，具有多樣化的化學(xué)結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移及存儲性能。通過分析這些電子載體的分子結(jié)構(gòu)，歸納總結(jié)出幾類具有可逆氧化還原官能團、可從生物體中提取的化合物。其次，介紹了已被研究應(yīng)用于儲能器件的生物分子，例如從屬于醌類分子的腐殖酸、黑色素、木質(zhì)素、核桃醌、指甲花醌等生物分子，屬于蝶啶衍生物的核黃素、黃素單核苷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸等生物分子。列舉并討論了這些可再生的生物分子，應(yīng)用于超級電容器、二次電池及液流電池等的研究現(xiàn)狀與存在問題。最后，作者展望，為了實現(xiàn)最終的“綠色電池”，基于生物分子的活性材料的能量密度仍有待提高，現(xiàn)有的電解液需要更新?lián)Q代，來實現(xiàn)可生物降解的高性能全電池。
本工作發(fā)表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201700663)上。
