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近日，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)教授陳軍團隊受Nature子刊《自然評論·化學(xué)》編委會邀請，發(fā)表題為“有機電極材料在鋰電池中的實際應(yīng)用前景分析”的綜述論文。該文章深入闡述了有機電極材料的結(jié)構(gòu)特征、作用機理、構(gòu)效關(guān)系等，著重分析了有機電極材料的實際現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，有助于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界充分了解有機電極材料的實際應(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，進而促進未來有機電池的商品化應(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，從長遠的角度來看可能會面臨資源短缺等難點問題。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，近年來受到了廣泛的關(guān)注。有機電極材料的制備具有合成創(chuàng)造的特點。有機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、密度低等難點問題，其材料特征、作用機理、構(gòu)效關(guān)系等亟待深入理解。

　　陳軍院士團隊的綜述論文圍繞有機電極材料的未來發(fā)展提出見解。文章指出，有機電極材料具有結(jié)構(gòu)可調(diào)控特點。根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)電位，有機材料在實際應(yīng)用中可作為正極或者負極活性材料。文章首先討論了有機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)定性和價格等也是必須要考慮的問題。接著從實際電池應(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材料為正極或者負極的實際鋰電池體系進行了模擬，得出了相關(guān)電池體系的性能（如整體能量密度、功率密度）和價格等參數(shù)。結(jié)果表明，n型有機正極材料特別是羰基化合物具有較好的實際應(yīng)用前景。

　　文章最后指出未來研究應(yīng)該著重關(guān)注以下幾個方面：一是需要關(guān)注有機電極材料的導(dǎo)電性和密度，這與實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、且接近實際應(yīng)用條件下測試有機電極材料的性能；三是發(fā)展可商品化的含鋰負極或者開發(fā)鋰化的有機正極，這有利于構(gòu)建和目前實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)高性能有機電極材料也需要探究。

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