电化学储能通常具有无污染、能量转换效率高、设计灵活、循环寿命长、维护成本低等优点。然而,传统的用于电化学储能系统中的无机材料面临着诸多的挑战。有机材料种类丰富,价格相对便宜,结构灵活可以设计,且对环境无污染,在电化学储能方面具有很大的应用潜力。但是同样存在着一些问题限制着有机电极材料的实际应用,如功率密度和能量密度不高。本论文对有机材料进行分子设计,并用在电化学储能系统中,以解决上述问题。主要内容包括两个方面:(1)通过简单的碳氮偶联反应合成了三种具有不同链刚度的吩嗪聚合物,并将其用于锂离子电池。实验测试结果表明离子电导率是影响聚合物电极材料功率密度的主要因素。引入扭转基团到刚性聚合物链中可以促进离子在电极中的扩散,将离子扩散系数提高几个数量级。与刚性链聚合物相比,柔性链聚合物具有较低的比表面积和电子电导率,其不仅实现了 3 kW L-1的高功率密度,同时体积能量密度也高达275 W h L-1,这种方法在以前的报道中很少被系统性地研究,但对有机聚合物电池电极材料的实际设计很有用;(2)本实验通过简单的有机合成方法合成了四种铁吡啶配合物,并将其用于锂离子液流电池。四种配合物均表现出一对准可逆的氧化还原峰。与其它有机材料相比,它们具有较大的扩散系数(3.3-5.2×10-6 cm2 s-1）和电子转移速率(3.5-6.6×10-3 cm s-1)。电化学性能测试表明在配体上修饰甲氧基团(-OCH3)的Fe[bpy-OCH3]3(BF4)2不仅表现出优异的循环稳定性,而且能量密度相对于未改性之前提高了两倍,达到48Wh/L。