在仅几十年的时间里，锂离子电池就彻底改变了技术，使便携式设备和电动汽车迅速普及，为社会带来了巨大利益。然而，技术的飞速发展凸显了开采锂，钴和其他矿产资源的道德和环境挑战，以及与安全使用和无害处置电池相关的问题。 仅一小部分锂离子电池被回收，这进一步加剧了全球战略要素的材料供应。一种潜在的替代方法是使用基于有机物的氧化还原活性材料来开发可充电电池，该电池源自符合道德标准的可持续材料，并能够按需进行解构和重建。 制造此类电池具有挑战性，因为活性材料在运行期间必须稳定，但使用寿命终止时可降解。此外，降解产物应在环境上无害或可回收再利用，以重建成新电池。

 

　　【科研摘要】

 

　　最近， 德州农工大学 Jodie L. Lutkenhaus 和 Karen L. Wooley 教授 团队 展示了 一种不含金属的，基于多肽的电池，其中紫精和氮氧化物自由基作为氧化还原活性基团沿着多肽主链被引入，分别充当阳极和阴极材料。这些氧化还原活性多肽用作在电池运行期间稳定的活性材料，随后在酸性条件下按需降解以生成氨基酸，其他结构单元和降解产物。 这种基于多肽的电池是解决未来循环经济中对绿色和可持续电池的替代化学需求的第一步。相关论文以题为 Polypeptide organic radical batteries 发表在《 Nature 》上。

 

　　【主图导读】

图 1：基于多肽的有机自由基电池。

图 2：氧化还原活性多肽的合成。

图 3：氧化还原活性多肽的循环伏安图。

图 4：多肽复合半细胞和全细胞的电化学反应。

图 5：紫精和biTEMPO多肽的降解。

 

　　【总结】

 

　　团队设计了一种无金属的全多肽有机自由基电池，该电池包含可按需降解的氧化还原活性氨基酸大分子。这一概念代表了朝着可持续，可循环再利用的电池迈出的第一步，并将全球对战略金属的依赖性降至最低。 紫精和 biTEMPO多肽的阳极和阴极分别是通过高反应性环状N-羧基酐的开环聚合反应，随后进行顺序的聚合后修饰以引入氧化还原活性基团而合成的。多肽电池的最大充电容量为37.8 mA h g -1 （理论容量为44.5 mA h g -1 ）。 活性成分在酸的存在下按需降解，以再生起始氨基酸和其他结构单元。展望未来，主要挑战是防止活性物质 溶解和提高整体电池容量。未来的研究应集中在通过交联，后处理修饰 45或利用多肽在液流电池中的溶解度来防止多肽溶解。

 

　　参考文献 ： doi.org/10.1038/s41586-021-03399-1