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太阳能、风能等可再生能源发电要求开发集成智能电网的储能器件,在现有的储能器件中,尤其是锂离子、钠离子电池已成为可再生能源最有效的储能技术。虽然锂离子电池已被纳入电网储能的考虑中,但锂资源的可持续性和分布不均皆可能阻碍其在生活中的应用。钠比锂成本更低,锂离子电池常用的基体材料主要是过渡金属连接的致密氧离子阵列,而钠离子半径更大,其扩散性能受到刚性基体材料的空间限制。有机分子具有结构多样、分子水平可控及资源可持续性等优点,为替代传统电极材料提供了可能。本文基于吩嗪衍生物羧酸盐的新型双极性有机电极材料进行设计、合成和性能研究,其主要研究内容和结果如下:1.以吩嗪和对溴苯甲酯为原料,经过简单的还原、C-N偶联以及水解等步骤,合成出4,4’-(吩嗪-5,10-二基)二苯甲酸(C26H18Li2N2O4,PZDB)。研究表明,PZDB能够作为双极性分子应用在有机对称电池中,吩嗪部分作正极,苯酸盐部分作负极。当PZDB-Li2作为双极性分子用在有机双离子对称电池中时,电压高达2.5 V,基于正负极总质量的放电比容量稳定在53 mAh/g,1 C时能量密度为127 Wh/Kg。当PZDB-Na2作为双极性分子组装成有机双离子对称电池时,其库仑效率稳定在90%左右,在1C时能量密度高达119.1 Wh/kg。该研究采用有机电极材料提高了对称电池的电压和能量密度。2.为进一步提高材料的理论比容量,合成了双聚吩嗪羧酸盐。研究表明:当PPDB-Li2为锂离子电池正极材料时,有两个电压平台,分别为3.16 V和3.95 V,0.5 C时放电比容量稳定在108 mAh/g,库仑效率稳定在98%～99%之间,0.5 C时能量密度为387.7 Wh/kg,功率密度为274.9 W/kg。当PPDB-Na2作为钠离子电池正极材料时,有两个电压平台,分别为2.78 V和3.55 V,4C时放电比容量稳定在99.5 mAh/g,库仑效率稳定在98%～99%之间,0.5 C时能量密度为304.5 Wh/kg,功率密度为471.0 W/kg。说明双聚吩嗪羧酸盐的容量更高,循环稳定性能优异。