电池性能这么烂也能登Nature？因为体系够新，够环保！

第一作者：Tan P. Nguyen, Alexandra D. Easley

通讯作者：Jodie L. Lutkenhaus, Karen L. Wooley

通讯单位：美国德克萨斯农工大学 / Texas A&M University

【研究亮点】

1. 设计了无金属元素、基于多肽自由基氧化还原的有机系电池。

2. 该多肽电极可按需降解，生成原料氨基酸及其他构建组分，非常环保。

【主要内容】

短短几十年间，锂离子电池大力地推动了新能源领域的发展，但其与日俱增的需求给环境带来了极大的挑战，锂离子电池大多使用锂、钴等矿物资源，且大部分的电池组件难以回收。因此，亟需研发基于可持续材料的、可降解的替代电池。

鉴于此，美国德克萨斯农工大学Jodie L. Lutkenhaus等人研发了一种不含金属元素、使用多肽分子作为正负极材料的有机系电池，且该多肽分子能够在酸性条件下降解为原始的氨基酸合成原料及其他构建组分。

研究人员借助环状N-羧基氢化物的开环聚合反应及后修饰聚合反应制备了Viologen基多肽负极及BiTEMPO基多肽正极（备注：Viologen为紫精，BiTEMPO为4-氨基-2,2,6,6-四氢甲基哌啶-1-氧）。电池工作时，负极中的紫精自由基及正极中的氮氧自由基发生氧化还原反应，实现能量的转化。

Fig. 1 | A polypeptide-based organic radical battery. Schematics of a polypeptide-based organic radical battery and the reactions that occur during charging and discharging are shown on the left and right, respectively. The redox reactions for the TEMPO (top) and viologen (bottom) pendant groups are shown in the middle. For example, during charging, nitroxide radical functional groups at the cathode oxidize to oxoammonium cations, and viologen functional groups at the anode reduce to their neutral forms.

全电池在1C条件下的最大充电容量可达到37.8 mAh/g（理论比容量的85%），250圈后衰减为7.5 mAh/g。寿命衰减源于多肽电极在电解液中的溶解。

研究人员同样发现，多肽电极在酸性条件下可降解为氨基酸分子及其他组分，这些组分可以有效回收并重新应用于多肽电极的合成中。

虽然多肽电池的性能并不是那么理想，但这是迈向绿色、可持续电池的第一步，能有效减少全球对战略金属的依赖！

Fig. 2 | Syntheses of redox-active polypeptides

Fig. 3 | Cyclic voltammograms of redox-active polypeptides

Fig. 4 | Electrochemical response of polypeptide composite half-cells and full cell.

Fig. 5 | Degradation of viologen and biTEMPO polypeptides

【文献信息】

Nguyen, T.P., Easley, A.D., Kang, N. et al. Polypeptide organic radical batteries. Nature 593, 61–66 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03399-1

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03399-1