硅負極、鋰金屬負極和硫正極由于其理論比容量極高而受到廣泛的研究關注。

然而，這些電極材料存在一些固有的缺點，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。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這些結(jié)構(gòu)變化。

在生物系統(tǒng)中，超分子化學和機械立體化學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現(xiàn)，可以實現(xiàn)諸如細胞自我修復和抗原抗體反應等生命維系功能。因為同生物系統(tǒng)相同，電極的結(jié)構(gòu)完整性關于維持電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命是至關重要的，所以可以從生物系統(tǒng)中借鑒許多有價值的觀點來解決與鋰離子電池中的高能量密度電極相關的挑戰(zhàn)。

另一方面，各種宏觀機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，即機械優(yōu)勢（如滑輪和液壓千斤頂）。當這些宏觀機器被轉(zhuǎn)化為納米級分子機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，例如機械應力的累積，這是由最近對基于聚輪烷粘合劑的Si微粒負極的分子滑輪的研究所證實的。因此，超分子化學和機械立體化學都將成為儲能領域的關鍵要素。

近日，韓國首爾國立大學Jang Wook Choi教授和瑞士弗里堡大學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。文章重點介紹了超分子化學和機械連鎖分子在新興電池系統(tǒng)中的應用概念，即Si負極，Li金屬負極和硫正極。

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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。關于Si負極，由大量Si體積變化引起的機械應力和應變破壞了粘合劑-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致顆粒粉碎以及SEI層的不受控制的生長，導致嚴重的容量衰減。因此，最重要的是引入自我修復效果和消除機械應力，并將粉碎的顆粒保持在一起，這可以通過超分子化學和機械立體化學實現(xiàn)。關于Li金屬負極，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。

最后，關于硫正極，中間硫物質(zhì)溶解到電解質(zhì)中，即多硫化物穿梭，是導致顯著容量衰減的有害過程。因此，期望設計與多硫化物具有強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，作為篩選強相互用途的指南，并且還提出了與硫正極孔隙度相關的結(jié)構(gòu)策略。