Angew. Chem. ：一种小分子全有机对称锂电池

正极和负极为同一种电极材料的对称电池，与其他电池相比具有制造工艺简单、成本低，正负极体积变化可补偿、反应动力学匹配、电解液兼容性一致，可放电到0 V等优点。但是，目前全对称电池的研究还比较少。有机材料的可设计性，有望获得至少两个具有较高容量的氧化还原电压平台，为对称电池提供了良好的选择。在当前较少的全有机对称电池的报道中，由于非活性官能团的引入，降低了电极材料的比容量，而具有高比容量的小分子有机电极材料普遍存在溶解于电解液的问题，无法在全有机对称电池中实现稳定的循环。

近日，华中科技大学的王成亮教授团队和南京大学的马晶教授团队合作，经过分子设计，引入多活性位点和调控分子间相互作用，合成了小分子电极材料2,3,7,8-四氨-1,4,6,9-四醌酚嗪（TAPT），在全有机对称锂离子电池中展现出了稳定的循环性能和较好的比容量、能量密度，优于已报道的全有机对称锂离子电池。

获得的TAPT分子在全有机对称锂离子电池中具有独特的优势。首先，TAPT中丰富的C=O和C=N不饱和活性位点（4个C=O和2个C=N），使之可以可逆存储6个锂离子和电子，具有较高的理论比容量（536 mAh g^-1）；其次，TAPT中丰富的C=O、C=N和NH₂官能团之间形成了大量强分子间相互作用，使得TAPT与传统的小分子相比不溶于电解液，表现出较好的稳定性。而且，相邻的官能团使嵌入的锂离子可以与邻近的N或O螯合，促进了锂离子的稳定存储；C=O/C-O和C=N/C-N两种还原氧化反应分别作为正极和负极的活性位点，使之在用于全有机对称电池时仍然表现出良好的性能。理论计算结果表明该分子可以获得6个锂离子，对应的锂化模拟计算电位与实际测试结果一致。

这项工作提出的分子设计方法为实现高性能有机小分子电极材料以及全有机对称电池提供了新的思路。

论文信息

A Small Molecular Symmetric All-Organic Lithium-Ion Battery

Zengyu Li,Qingqing Jia,Dr. Yuan Chen,Dr. Kun Fan,Chenyang Zhang,Guoqun Zhang,Prof. Dr. Ming Xu,Prof. Dr. Minglei Mao,Prof. Dr. Jing Ma,Prof. Dr. Wenping Hu,Prof. Dr. Chengliang Wang

文章的第一作者是华中科技大学的硕士研究生李增宇和南京大学的博士生贾晴晴。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202207221