鈉離子電池以其突出的電化學(xué)性能，低廉的價(jià)格被認(rèn)為是最具吸引力的替代鋰離子電池成為下一代可持續(xù)和大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的產(chǎn)品。其中有機(jī)電極材料因其低廉的成本、環(huán)境友好、高的能量/功率密度、良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，成為了一類頗具潛力的鈉離子電池電極材料。然而，有機(jī)電極材料的應(yīng)用和發(fā)展常受到其電導(dǎo)率低、循環(huán)穩(wěn)定性差和電解液中溶解度高等固有缺陷的限制。近年來(lái)，有關(guān)有機(jī)電極材料在鈉離子電池中的研究層出不窮，各種新機(jī)制和優(yōu)異電化學(xué)性能的新材料不斷地被報(bào)道。因此，總結(jié)這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并歸納出有利于這一領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的一般性結(jié)論，具有十分重要的意義。

 

       上海大學(xué)可持續(xù)能源研究院/理學(xué)院張久俊&趙玉峰教授課題組，基于近期相關(guān)工作和已有的文獻(xiàn)報(bào)道，系統(tǒng)綜述并展望了有機(jī)電極材料在鈉離子電池中的研究進(jìn)程。文章從小分子有機(jī)物到大分子有機(jī)聚合物系統(tǒng)地總結(jié)了鈉離子電池中電極材料的研究和開(kāi)發(fā)的最新進(jìn)展，文中主要從有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/修飾、合成方法、電化學(xué)行為以及相應(yīng)的電荷存儲(chǔ)機(jī)制等方面進(jìn)行了總結(jié)。此外，文章還首次將新型的偶氮類化合物和MOF材料進(jìn)行了歸納。

 

       有機(jī)小分子材料主要包括羰基化合物（C=O，酮、醌、羧酸、酸酐化合物），席夫堿和蝶啶衍生物（C=N），偶氮衍生物（N=N）三種。其中，在羰基（C=O）化合物中，醌類和酮類具有出較高的氧化還原電位；羧酸具有較低的Na+插入電壓；酸酐具有較高的比容量和長(zhǎng)的循環(huán)壽命�；�于C=N鍵的席夫堿和蝶啶衍生物具有可調(diào)的電化學(xué)活性。而作為一種新型的電極材料，基于N=N鍵的偶氮衍生物則可以通過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和修飾，從而開(kāi)發(fā)出高容量和高倍率的材料。對(duì)于大分子聚合物，在有機(jī)鈉離子電池（OSIB）中常見(jiàn)的主要有硝基自由基聚合物、導(dǎo)電聚合物、有機(jī)金屬聚合物、共軛微孔聚合物、共價(jià)有機(jī)框架（COF）和金屬-有機(jī)框架化合物（MOF）。其中有機(jī)自由基聚合物和有機(jī)金屬聚合物通常表現(xiàn)出更快的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，但其容量通常很低。而COF和MOF衍生材料具有一定的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)定性好，其易于調(diào)控的納米結(jié)構(gòu)和形貌則可以容納更多的Na+。

 

       然而，小分子有機(jī)電極材料普遍存在溶解度高、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，而有機(jī)聚合物材料往往理論比容量低，電導(dǎo)率低。為了改善有機(jī)材料的電化學(xué)性能，文章分別從功能導(dǎo)向分子設(shè)計(jì)、微觀形貌調(diào)控和有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料的構(gòu)建等三個(gè)方面，全面的總結(jié)和分析了有機(jī)鈉離子電池面臨的挑戰(zhàn)和有效的設(shè)計(jì)策略。最后還總結(jié)了鈉離子電池發(fā)展中的挑戰(zhàn)和前景。并指出通過(guò)分子模擬計(jì)算來(lái)探索新的電極材料、可逆活性基團(tuán)、反應(yīng)機(jī)理等，以及深入研究水系、柔性和全固態(tài)有機(jī)鈉離子電池將是未來(lái)非常具有潛力的研究方向。

 

       該綜述為有機(jī)材料在鈉離子電池中的實(shí)際應(yīng)用提供了指導(dǎo)性的策略。第一作者為可持續(xù)能源研究院/上海大學(xué)理學(xué)院博士生殷秀平，通訊作者為上海大學(xué)可持續(xù)能源研究院/理學(xué)院趙玉峰教授。