随着电动汽车和可再生能源电网市场的蓬勃发展，大规模电池存储和输出系统受到越来越多的关注。在众多电池系统中，锂-有机电池（LOBs）因其独特的有机电极材料（OEMs）而展现出诱人的前景。

在此，南开大学陶占良团队提出了一种有效的策略，通过内分子氢键（HBs）重新分配OEMs的电荷以削弱与电解质组分的相互作用，从而抑制它们的溶解。他们设计了一种名为2,2',2''-(2,4,6-三羟基苯-1,3,5-三基)三(1H-萘并[2,3-d]咪唑-4,9-二酮)（TPNQ）的分子，该分子中的内分子HBs（O-H…N和N-H…O）减少了活性位点的电荷密度，并改变了分子骨架上的电荷分布。结果显示，TPNQ在醚类和酯类溶剂中的溶解度显著降低。在放电过程中，OH…N主导的HB相互作用增强可以持续抑制溶解。基于此，TPNQ正极显示出高循环稳定性（在0.1 A g-1下100个循环内无容量衰减；在1 A g-1下1000个循环后容量保持率为88.4%），快速的Li+储存动力学（在2 A g-1下为211 mAh g-1），以及在-60°C下的优异低温性能（稳定性循环500次）。

图1. BTNQ和TPNQ分子的合成方案

总之，该工作提供了一种通过构建内分子HBs来削弱有机分子与电解质组分之间相互作用的策略，以抑制分子溶解。研究显示，内分子HBs引起的活性位点上的平均电荷和低分子极化削弱了TPNQ与溶剂和离子之间的相互作用，从而减少了其在醚类和酯类电解质中的溶解度。基于此，TPNQ展现了卓越的循环稳定性（在0.1 A g-1下循环100次后无容量衰减）、低自放电率（在休息72小时后容量保持率为97.4%）和满意的倍率能力，这优于没有内分子HBs的BTNQ正极（长期循环容量保持率为71.5%，自放电率为90.0%）。此外，TPNQ在-60°C下展现了133.7 mAh g-1的放电容量和稳定的500次循环。因此，该工作为高性能有机分子的设计提供了一条途径，并推动了LOBs的有效发展。

图2. 电池性能

Intramolecular Hydrogen Bonds Weaken Interaction Between Solvents and Small Organic Molecules Towards Superior Lithium‐Organic Batteries, Angewandte Chemie International Edition2024 DOI: 10.1002/anie.202416845