有机材料因其灵活的设计、低成本和可持续性，作为电极材料具有很大的发展潜力。然而，有机电极在电解液中的溶解问题却始终是制约其发展的瓶颈。

目前，业内普遍认为提高电解液浓度是一种常用的抑制溶解的策略。近日，湖南大学鲁兵安、樊令团队发现有机电极材料的溶解度与电解液的极性存在内在联系。通过细致的实验观察和缜密的计算分析，该团队清晰地揭示出有机材料的极性与电解液极性之间的关系才是抑制有机材料溶解的关键因素。

作者通过探究电解液和有机电极材料的理论计算，分析了有机电极材料与不同浓度电解液之间的微观相互作用。对于低极性有机材料聚苯胺，纯乙二醇二甲醚溶剂不会减弱聚苯胺之间的静电相互作用，因此聚苯胺的溶解度较低。然而，在稀的KFSI：DME电解液中，盐离子会屏蔽聚苯胺的负电荷和正电荷，减弱其静电相互作用，从而增加聚苯胺的溶解倾向；在高浓度电解液中，由于自由的乙二醇二甲醚分子数量相对较少，聚苯胺的溶解度降低。对于高极性有机材料玫瑰红酸二钾，在低浓度电解液中，玫瑰红酸二钾会相互聚集；在增加钾离子的浓度后，C₆O₆²⁻倾向于与钾离子配位，因此，玫瑰红酸二钾的溶解度也逐渐增加。

作者选取了不同极性的有机材料进行实验，结果显示，低极性有机正极在极性逐渐增加的电解液中，其溶解度先增加后减少（类似于蛋白质的盐溶-盐析效应）。相反，高极性有机正极在极性逐渐增加的电解液中溶解度不断增加。当有机正极和电解液的极性得到调整时，电池展现出高容量保持率和库仑效率。

通过选择合适的电解液浓度，作者成功制备出长循环稳定性（2500圈）的聚苯胺基软包电池。在此基础上，进一步选用可大规模生产的PTCDA作为正极材料，组装而成的软包电池（~100 mAh）刷新了钾离子软包电池面容量的记录，充分彰显了该理论在实际应用中的强大价值与可行性。该研究发现为低极性和高极性有机材料在电解液中的行为提供了新的见解，并为设计新型有机电池材料以及优化其电解液配方奠定了理论基础。

Synergistic Electrode and Electrolyte Polarities Lead to Outstanding Organic Potassium-based Batteries

Binyu Gui, Xiaoteng Yang, Dr. Hongwei Fu, Dr. Peng Peng, Dr. Wang Lyu, Prof. Apparao M. Rao, Prof. Jiang Zhou, Prof. Ling Fan, Prof. Bingan Lu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421928