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近日，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)教授陳軍團(tuán)隊(duì)受Nature子刊《自然評論·化學(xué)》編委會邀請，發(fā)表題為“有機(jī)電極材料在鋰電池中的實(shí)際應(yīng)用前景分析”的綜述論文。該文章深入闡述了有機(jī)電極材料的結(jié)構(gòu)特征、作用機(jī)理、構(gòu)效關(guān)系等，著重分析了有機(jī)電極材料的實(shí)際現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，有助于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界充分了解有機(jī)電極材料的實(shí)際應(yīng)用潛力和待解決的問題，有望激發(fā)更多應(yīng)用導(dǎo)向的研究工作，進(jìn)而促進(jìn)未來有機(jī)電池的商品化應(yīng)用。文章第一作者為盧勇博士，通訊作者為陳軍院士。

　　鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于各類便攜式電子設(shè)備，在人類社會的信息化、移動化、智能化、社會化等方面凸顯作用，并有望在電動汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。商品化鋰離子電池的正極材料主要是無機(jī)過渡金屬氧化物和磷酸鹽，其中過渡金屬資源大都不可再生，電池回收利用技術(shù)復(fù)雜、成本高，從長遠(yuǎn)的角度來看可能會面臨資源短缺等難點(diǎn)問題。因此，可循環(huán)再生的電極材料開發(fā)已成為電池領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿和重大需求。

　　有機(jī)電極材料由于含有豐富的碳、氫、氧等元素而顯現(xiàn)出可再生、綠色環(huán)保、低成本和高容量等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到了廣泛的關(guān)注。有機(jī)電極材料的制備具有合成創(chuàng)造的特點(diǎn)。有機(jī)電極材料一般可以從植物中（比如玉米等作物和蘋果等果蔬）直接提取或者以生物質(zhì)材料為原料通過簡單的方法制備得到；在有機(jī)材料提取制備、電池裝配和回收過程中產(chǎn)生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而體現(xiàn)了很好的循環(huán)和可再生性。然而，有機(jī)電極材料還面臨著在電解液中溶解度大、導(dǎo)電性差、密度低等難點(diǎn)問題，其材料特征、作用機(jī)理、構(gòu)效關(guān)系等亟待深入理解。

　　陳軍院士團(tuán)隊(duì)的綜述論文圍繞有機(jī)電極材料的未來發(fā)展提出見解。文章指出，有機(jī)電極材料具有結(jié)構(gòu)可調(diào)控特點(diǎn)。根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)電位，有機(jī)材料在實(shí)際應(yīng)用中可作為正極或者負(fù)極活性材料。文章首先討論了有機(jī)電極材料本身的各種關(guān)鍵性質(zhì)，包括材料的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、密度、電導(dǎo)率、能量效率、價(jià)格、資源可用性和熱/化學(xué)穩(wěn)定性。其中能量密度、功率密度和循環(huán)壽命是材料的基本電化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)會受到材料密度和電導(dǎo)率的影響，其他因素如穩(wěn)定性和價(jià)格等也是必須要考慮的問題。接著從實(shí)際電池應(yīng)用角度分析了電極中活性物質(zhì)的單位面載量和電解液用量等因素對全電池性能的影響。最后利用軟件對以有機(jī)材料為正極或者負(fù)極的實(shí)際鋰電池體系進(jìn)行了模擬，得出了相關(guān)電池體系的性能（如整體能量密度、功率密度）和價(jià)格等參數(shù)。結(jié)果表明，n型有機(jī)正極材料特別是羰基化合物具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。

　　文章最后指出未來研究應(yīng)該著重關(guān)注以下幾個(gè)方面：一是需要關(guān)注有機(jī)電極材料的導(dǎo)電性和密度，這與實(shí)際電池的性能和成本等密切相關(guān)；二是應(yīng)盡可能在全電池中、且接近實(shí)際應(yīng)用條件下測試有機(jī)電極材料的性能；三是發(fā)展可商品化的含鋰負(fù)極或者開發(fā)鋰化的有機(jī)正極，這有利于構(gòu)建和目前實(shí)際鋰離子電池類似的電池體系；此外，如何大規(guī)模、低成本生產(chǎn)高性能有機(jī)電極材料也需要探究。

　　文章鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41570-020-0160-9