有机电活性化合物具有资源可再生性、环境友好性和结构多样性等优点，在水系锌离子电池（ZIBs）正极材料中具有广泛的应用前景。迄今为止，人们已经开发了各种有机电极材料，并在有机锌电池体系中观察到了不同的氧化还原机理。
近日，南开大学牛志强教授综述了有机水系锌电池的氧化还原机理和各种有机正极材料设计的最新研究进展。
文章要点
1）作者简单概述了基于有机电池材料的优点。从长远来看，基于无机正极材料的资源有限，因此阻碍了ZIBs的大规模应用。与无机材料相比，有机正极材料主要由地球上丰富的C，H，O，N和S元素组成。重要的是，可以通过人工合成或从丰富的生物质资源中获得。除了可重复性之外，有机电极材料还具有分子结构的可调性，这可以通过将所需的氧化还原活性部分接枝到不同的碳骨架上来实现。此外，设计氧化还原活性有机分子以满足有机水系锌电池的需求具有广阔的发展空间。
2）作者概述了有机正极材料的储能机制。通常，水性ZIBs的有机电极材料可根据充电/放电过程中氧化还原活性基团的充电状态变化分为n型，p型和双极型。在放电过程中，n型有机化合物通常首先会经历还原过程，而p型有机电极材料将首先经历氧化过程。双极型有机电活性材料具有n型和p型两种情况的特征（例如导电聚合物）。
3）作者总结了各种已经开发的有机正极材料，包括羰基化合物，亚胺化合物，导电聚合物，硝酰基硝基氧化物，有机硫聚合物和三苯胺衍生物。由于其分子结构的多样性，它们在容量，电压，速率，循环次数，容量保持率和制备复杂性方面表现出明显不同的电化学行为。
4）通常，水性ZIBs的电化学性能主要集中在能量密度，功率密度和循环性能上。其中，能量密度取决于比容量和电压。功率密度取决于有机电极材料在不同速率下的充电/放电能力。基于此，作者总结了重点总结了改善含水锌/有机电池的比容量，输出电压，循环寿命和倍率性能的策略。
5）作者最后总结了高性能锌有机电池面临的挑战和未来前景。
Zhiwei Tie, et al, Design Strategies for High-Performance Aqueous Zn/Organic Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202008960
https://doi.org/10.1002/anie.202008960
先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学）
Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)