王成亮Angew.：一种可回收和可扩展的高容量水系有机电池

氧化还原有机电极材料（OEMs）由于可以设计成高性能的电池，已经引起了广泛的关注。然而，OEMs的实际应用需要严格的标准，如低成本、可回收性、可扩展性和高性能等，这似乎还很遥远。

图1. 水系Zn//AZOB电池的电化学性能

华中科技大学王成亮等展示了一种用于高性能水系有机电池的OEM。将OEMs应用于水系电池，其优点如下：

1）质子存储在水系电池中是可能的，它可能具有高容量和快速反应动力学；

2）有机电极材料通常可溶于有机电解质，但可能不溶于水系电解质；

3）水系电解质比商业锂离子电池中的传统有机电解质更环保、更可持续和更实惠。

在这种情况下，作者选择了小分子偶氮苯（AZOB）作为OEMs，它不溶于水，但高度溶于有机电解质。

图2. 电荷储存机制的定性和定量表征

与其他有机电极材料相比，

1）AZOB具有成本低的优点，是一种可以大规模合成的工业材料；

2）一个偶氮基团能够可逆地转移两个电子，这使其有可能实现具有高理论容量的OEM，而其他C=O或C=N基团通常只能储存一个电子；

3）小分子偶氮化合物由于不溶于水，更适合用于水系电池；

4）偶氮苯在有机电解质中的溶解性使得在有机电解质中实现稳定的电池不太可能；

5）聚合物的回收和表征具有挑战性；而小分子AZOB可以通过使用低成本的商业有机溶剂轻松实现回收。

通过大量的定性和定量分析，作者证明在还原后，AZOB可以通过储存质子转化为氢氧化苯（HAZOB）。在充电和放电状态下在空气中都是稳定的，并可溶于低成本的商业有机溶剂，因此，OEMs可以在任何充电状态下以高产率（超过90%）进行回收。作为范例，基于AZOB的层状软包电池实现了安培小时级的容量，并具有出色的循环性能。

图3. 堆叠式大型有机软包电池的电化学性能

A Recyclable and Scalable High-Capacity Organic Battery. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302539

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