硅負(fù)極、鋰金屬負(fù)極和硫正極由于其理論比容量極高而受到廣泛的研究關(guān)注。

然而，這些電極材料存在一些固有的缺點(diǎn)，例如Si巨大的體積變化，Li金屬的不可控鋰枝晶生長，以及可溶性多硫化鋰的形成和伴隨的穿梭效應(yīng)。鑒于它們在循環(huán)期間體積，電極形態(tài)和溶解度方面的重大結(jié)構(gòu)性變化，這些問題非常難以用常規(guī)方法解決。因此，要電極設(shè)計的范式轉(zhuǎn)換，使得電極組件能夠以更積極有效的方式響應(yīng)這些結(jié)構(gòu)變化。

在生物系統(tǒng)中，超分子化學(xué)和機(jī)械立體化學(xué)在保持生物分子的結(jié)構(gòu)完整性方面發(fā)揮著重要的用途。通過超分子相互用途的實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)諸如細(xì)胞自我修復(fù)和抗原抗體反應(yīng)等生命維系功能。因為同生物系統(tǒng)相同，電極的結(jié)構(gòu)完整性關(guān)于維持電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命是至關(guān)重要的，所以可以從生物系統(tǒng)中借鑒許多有價值的觀點(diǎn)來解決與鋰離子電池中的高能量密度電極相關(guān)的挑戰(zhàn)。

另一方面，各種宏觀機(jī)器被用來簡單的改變力的方向，但也可以同時傳遞和修改力和扭矩，因此與初始輸入力相比，輸出力可以放大到更高的水平，即機(jī)械優(yōu)勢（如滑輪和液壓千斤頂）。當(dāng)這些宏觀機(jī)器被轉(zhuǎn)化為納米級分子機(jī)器同時保留其功能時，它們可以用來解決電池系統(tǒng)中的一些問題，例如機(jī)械應(yīng)力的累積，這是由最近對基于聚輪烷粘合劑的Si微粒負(fù)極的分子滑輪的研究所證實(shí)的。因此，超分子化學(xué)和機(jī)械立體化學(xué)都將成為儲能領(lǐng)域的關(guān)鍵要素。

近日，韓國首爾國立大學(xué)Jang Wook Choi教授和瑞士弗里堡大學(xué)Ali Coskun教授（共同通訊作者）等人在Joule上發(fā)表題為“Prospect for Supramolecular Chemistryin High-Energy-DensityRegeableBatteries”的文章。文章重點(diǎn)介紹了超分子化學(xué)和機(jī)械連鎖分子在新興電池系統(tǒng)中的應(yīng)用概念，即Si負(fù)極，Li金屬負(fù)極和硫正極。

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盡管在這三個電極中發(fā)生的現(xiàn)象是完全不同的，但它們的容量衰減的潛在原因通常與電極組件之間的相互用途有關(guān)。關(guān)于Si負(fù)極，由大量Si體積變化引起的機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變破壞了粘合劑-粘合劑和粘合劑-Si之間的相互用途，從而使電極材料分層并導(dǎo)致顆粒粉碎以及SEI層的不受控制的生長，導(dǎo)致嚴(yán)重的容量衰減。因此，最重要的是引入自我修復(fù)效果和消除機(jī)械應(yīng)力，并將粉碎的顆粒保持在一起，這可以通過超分子化學(xué)和機(jī)械立體化學(xué)實(shí)現(xiàn)。關(guān)于Li金屬負(fù)極，枝晶生長的驅(qū)動力是Li+與集中在Li金屬表面上的自由電子之間的靜電相互用途。這意味著可以利用許多超分子相互用途來干預(yù)Li+和自由電子之間的相互用途以控制Li金屬的生長動力學(xué)。

最后，關(guān)于硫正極，中間硫物質(zhì)溶解到電解質(zhì)中，即多硫化物穿梭，是導(dǎo)致顯著容量衰減的有害過程。因此，期望設(shè)計與多硫化物具有強(qiáng)相互用途的電極材料。評估了各種材料在軟硬酸和堿（HSAB）理論中緩解多硫化物穿梭的潛力，作為篩選強(qiáng)相互用途的指南，并且還提出了與硫正極孔隙度相關(guān)的結(jié)構(gòu)策略。