該研究由胡明軍博士(北京航空航天大學材料科學與工程學院)和羅軍教授(電子科技大學深圳高等研究院深思實驗室，深圳龍華 518110)領導)和楊軍教授(中國科學院北京納米能源與系統研究所，北京 101400)。

水系質子電池在高功率和超低溫儲能裝置方面顯示出巨大潛力，但高容量、低電位陽極材料的稀缺仍然在很大程度上限制了其能量密度，從而限制了其在水系電池中的競爭力。近年來，有機電極材料因其可設計的分子結構和豐富的活性位點而顯示出作為質子電池高容量陽極的巨大潛力。然而，由于其低電導率和復雜的分子結構效應，其容量仍然受到活性位點利用率低的限制。為了進一步挖掘有機電極材料在儲能方面的潛力，探索精確的分子結構對電荷存儲的影響對于進一步提高電極性能具有重要意義。

眾所周知，材料結構決定其性能和功能。對于有機電極，其比容量主要受活性位點的密度和利用率的影響。高比容量需要高活性位點密度，但高活性位點密度通常會導致高位阻，從而導致活性位點利用率低。這一矛盾對有機電極比容量的提高提出了明顯的挑戰。因此，迫切需要研究有機電極的空間位阻對其比容量的影響。空間位阻差異較小的電活性立體異構體是研究空間位阻與比容量關系的最佳模型分子。研究和比較立體異構體的合成和電化學性能對于指導分子結構設計和改善電極性能是有趣且有意義的。迄今為止，還沒有研究立體異構體的精確分子結構(空間位阻)對電化學性能影響的報道。

在這項工作中，研究人員通過調整溶劑、反應溫度和催化劑，報道了對稱六氮雜三苯并蒽醌(s-HATBAQ)和不對稱異構體(a-HATBAQ)兩種異構體的可控合成，并觀察到兩種異構體顯著不同的電化學性能異構體。研究發現，在酸性電解質中，s-HATBAQ比a-HATBAQ具有1.5倍高的比容量和更好的倍率性能，這主要歸因于s-HATBAQ活性位點周圍質子插入的空間位阻較弱，這一點已由實驗和DFT計算結果。為了最大限度地利用活性位點，研究人員在還原氧化石墨烯(rGO)上原位生長 s-HATBAQ，以進一步提高電導率。結果，s-HATBAQ-50% rGO復合材料在5 MH 2 SO 4電解質中在0.1 A g -1下提供了405 mAh g -1的創紀錄高比容量。

研究人員進一步開發了一種防凍電解質(5 MH 2 SO 4 +0.5 M Mn(BF 4 ) 2 )，在-80 ℃下表現出令人印象深刻的離子電導率213.8 mS cm -1 。當將該電解液應用于以MnO 2 @CF-KOH為正極、s-HATBAQ-50% rGO為負極的世偉洛克電池時，質子全電池表現出優異的倍率性能(2 A g時為210 mAh g -1 -1和 111 mAh g -1 (80 A g -1 ) 和出色的循環穩定性，在 5 A g -1下循環 26000 次后容量保持率為 96% 。在-80℃下，電池在0.1 A g -1下的初始容量為91.9 mAh g -1 ，并在0.5 A g -1下循環超過1000次，容量保持率~92% 。這項工作不僅對高性能寬溫范圍水系質子電池的研究具有啟發意義，而且突出了分子水平的精確結構調控，以提高有機電極的性能，推動有機儲能的發展。