journal article·2021

Nitroxide radical polymers for emerging plastic energy storage and organic electronics: fundamentals, materials, and applications

Yuan Xie, Kai Zhang, Yusuke Yamauchi, Kenichi Oyaizu, Zhongfan Jia

Materials Horizons· Volume 8· Issue 3
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Abstract

Increasing demand for portable and flexible electronic devices requires seamless integration of the energy storage system with other electronic components. This ever-growing area has urged on the rapid development of new electroactive materials that not only possess excellent electrochemical properties but hold capabilities to be fabricated to desired shapes. Ideally, these new materials should have minimal impact on the environment at the end of their life. Nitroxide radical polymers (NRPs) with their remarkable electrochemical and physical properties stand out from diverse organic redox systems and have attracted tremendous attention for their identified applications in plastic energy storage and organic devices. In this review, we present a comprehensive summary of NRPs with respect to the fundamental electrochemical properties, design principles and fabrication methods for different types of energy storage systems and organic electronic devices. While highlighting some exciting progress on charge transfer theory and emerging applications, we end up with a discussion on the challenges and opportunities regarding the future directions of this field.
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Research context

OpenAlex topics: Conducting polymers and applications · Advanced battery technologies research · Supercapacitor Materials and Fabrication

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology

University of Queensland

Brisbane

Australia

Department of Chemistry

Zhejiang Sci-Tech University

Hangzhou

China

School of Chemical Engineering

Department of Applied Chemistry

Waseda University

Tokyo 169-8555

Japan

Institute for Nanoscale Science and Technology

College of Science and Engineering

Flinders University

Bedford Park

Funding

Flinders University

References (100+)

Show source-provided references
1. Liu · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 160343610.1002/adma.201603436 ↗
2. Manthiram · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 155010.1038/s41467-020-15355-0 ↗
3. Kang · Environ. Sci. Technol. · 2013 · 47 · 549510.1021/es400614y ↗
4. Friebe · ChemSusChem · 2019 · 12 · 409310.1002/cssc.201901545 ↗
5. Song · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 228010.1039/c3ee40709h ↗
6. Nishide · Science · 2008 · 319 · 73710.1126/science.1151831 ↗
7. Yu · Energy Environ. Mater. · 2019 · 2 · 5510.1002/eem2.12030 ↗
8. Muench · Chem. Rev. · 2016 · 116 · 943810.1021/acs.chemrev.6b00070 ↗
9. Mike · ACS Macro Lett. · 2013 · 2 · 83910.1021/mz400329j ↗
10. Nishide · Electrochem. Soc. Interface · 2006 · 14 · 3210.1149/2.F04054IF ↗
11. Zhang · Polym. Chem. · 2016 · 7 · 558910.1039/C6PY00996D ↗
12. Hansen · Polym. Chem. · 2018 · 9 · 147910.1039/C7PY02001E ↗
13. Friebe · Top. Curr. Chem. · 2017 · 375 · 110.1007/s41061-016-0088-1 ↗
14. Vlad · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2219410.1038/srep22194 ↗
15. Janoschka · Nature · 2015 · 527 · 7810.1038/nature15746 ↗
16. Kato · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 1017710.1002/anie.201205036 ↗
17. Tomlinson · Macromolecules · 2014 · 47 · 614510.1021/ma5014572 ↗
18. Kim · Joule · 2017 · 1 · 73910.1016/j.joule.2017.08.018 ↗
19. Janoschka · Adv. Mater. · 2012 · 24 · 639710.1002/adma.201203119 ↗
20. Casado · Prog. Polym. Sci. · 2016 · 52 · 10710.1016/j.progpolymsci.2015.08.003 ↗
21. Morris · ACS Energy Lett. · 2017 · 2 · 191910.1021/acsenergylett.7b00368 ↗
22. Poizot · Curr. Opin. Electrochem. · 2018 · 9 · 7010.1016/j.coelec.2018.04.003 ↗
23. Wang · ACS Macro Lett. · 2020 · 9 · 35810.1021/acsmacrolett.0c00063 ↗
24. Nutting · Chem. Rev. · 2018 · 118 · 483410.1021/acs.chemrev.7b00763 ↗
25. Fish · J. Phys. Chem. · 1988 · 92 · 374510.1021/j100324a012 ↗
26. Kato · Electrochim. Acta · 1995 · 40 · 279910.1016/0013-4686(95)00261-C ↗
27. Baur · Anal. Chem. · 1996 · 68 · 381510.1021/ac960603m ↗
28. Haugland · Electron Paramagn. Reson. · 2016 · 25 · 110.1039/9781782629436-00001 ↗
29. E. G. Rozantsev , Free Nitroxide Radicals , Springer , New York , 197010.1007/978-1-4757-0710-6 ↗
30. Blinco · J. Org. Chem. · 2008 · 73 · 676310.1021/jo801099w ↗
31. Blinco · Chem. Sci. · 2013 · 4 · 341110.1039/c3sc51396c ↗
32. Recupero · Chem. Rev. · 2007 · 107 · 380010.1021/cr040170k ↗
33. Suga · Macromolecules · 2007 · 40 · 316710.1021/ma0628578 ↗
34. Lauber · ACS Catal. · 2013 · 3 · 261210.1021/cs400746m ↗
35. Suga · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 75110.1002/adma.201003525 ↗
36. Gryn'ova · Chem. – Eur. J. · 2012 · 18 · 758210.1002/chem.201103598 ↗
37. Hodgson · J. Phys. Chem. A · 2007 · 111 · 1359510.1021/jp074250e ↗
38. Zhang · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2018 · 20 · 260610.1039/C7CP07444A ↗
39. Hickey · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 1617910.1021/jacs.5b11252 ↗
40. Gerken · J. Org. Chem. · 2018 · 83 · 732310.1021/acs.joc.7b02547 ↗
41. Manda · Org. Biomol. Chem. · 2007 · 5 · 395110.1039/b714765a ↗
42. Hamada · Angew. Chem., Int. Ed. · 2013 · 52 · 809310.1002/anie.201302261 ↗
43. Rafiee · ChemElectroChem · 2014 · 1 · 45510.1002/celc.201300016 ↗
44. A. J. Bard , Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications , ed. A. J. Bard and L. R. Faulkner , Wiley , New York , 1980
45. Conti · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2001 · 3 · 351810.1039/b102774n ↗
46. Rafiee · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 1475110.1021/jacs.5b09672 ↗
47. Badalyan · Nature · 2016 · 535 · 40610.1038/nature18008 ↗
48. Offer · FASEB J. · 2000 · 14 · 121510.1096/fasebj.14.9.1215 ↗
49. Hansen · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 798210.1021/acsami.7b18252 ↗
50. Huang · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2013 · 15 · 2092110.1039/c3cp54358g ↗
51. Maruyama · Electrochemistry · 2020 · 88 · 3410.5796/electrochemistry.19-00054 ↗
52. Israeli · Free Radicals Biol. Med. · 2005 · 38 · 31710.1016/j.freeradbiomed.2004.09.037 ↗
53. Fukushima · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 1092610.1021/jacs.5b06737 ↗
54. Guo · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 522110.1039/C1EE02148F ↗
55. Oyaizu · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 233910.1002/adma.200803554 ↗
56. Facchetti · Chem. Mater. · 2011 · 23 · 73310.1021/cm102419z ↗
57. Tokue · Chem. Lett. · 2017 · 46 · 64710.1246/cl.170055 ↗
58. Nikiforov · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 151310.1039/c3ee40556g ↗
59. Rostro · Macromolecules · 2014 · 47 · 371310.1021/ma500626t ↗
60. Baradwaj · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 104 · 21330610.1063/1.4880118 ↗
61. Rostro · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2013 · 5 · 989610.1021/am403223s ↗
62. Baradwaj · Macromolecules · 2016 · 49 · 478410.1021/acs.macromol.6b00730 ↗
63. Joo · Science · 2018 · 359 · 139110.1126/science.aao7287 ↗
64. Lutkenhaus · Science · 2018 · 359 · 133410.1126/science.aat1298 ↗
65. Friebe · Adv. Energy Mater. · 2015 · 5 · 150085810.1002/aenm.201500858 ↗
66. Nakahara · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 1366910.1039/c2jm31907a ↗
67. Bobela · J. Phys. Chem. Lett. · 2015 · 6 · 141410.1021/acs.jpclett.5b00259 ↗
68. Sato · J. Am. Chem. Soc. · 2018 · 140 · 104910.1021/jacs.7b11272 ↗
69. Kemper · J. Phys. Chem. C · 2014 · 118 · 1721310.1021/jp501628z ↗
70. Nicholson · Anal. Chem. · 1965 · 37 · 135110.1021/ac60230a016 ↗
71. Suga · Bull. Chem. Soc. Jpn. · 2004 · 77 · 220310.1246/bcsj.77.2203 ↗
72. Burgess · Acc. Chem. Res. · 2016 · 49 · 264910.1021/acs.accounts.6b00341 ↗
73. Sukegawa · Macromolecules · 2013 · 46 · 136110.1021/ma302278h ↗
74. Chae · J. Mater. Chem. A · 2013 · 1 · 132610.1039/C2TA00785A ↗
75. Tokue · Macromolecules · 2017 · 50 · 195010.1021/acs.macromol.6b02404 ↗
76. Chae · J. Mater. Chem. A · 2013 · 1 · 960810.1039/c3ta12076g ↗
77. Suga · ACS Macro Lett. · 2014 · 3 · 70310.1021/mz500273z ↗
78. Suga · Macromol. Rapid Commun. · 2016 · 37 · 5310.1002/marc.201500492 ↗
79. Kemper · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 2563910.1021/acs.jpcc.6b07118 ↗
80. Wang · Nat. Mater. · 2019 · 18 · 6910.1038/s41563-018-0215-1 ↗
81. Wang · Chem. Sci. · 2020 · 11 · 996210.1039/D0SC03567J ↗
82. Suga · Chem. Commun. · 2007 · 173010.1039/b618710b ↗
83. Iriyama · Inst. Electron., Inf. Commun. Eng., Trans. Electron. · 2002 · E85C · 1256
84. Vlad · ChemSusChem · 2015 · 8 · 169210.1002/cssc.201500246 ↗
85. Hergué · Batteries Supercaps · 2018 · 1 · 10210.1002/batt.201800022 ↗
86. Suga · Macromol. Symp. · 2006 · 245 · 41610.1002/masy.200651359 ↗
87. Oyaizu · Macromolecules · 2008 · 41 · 664610.1021/ma702576z ↗
88. Koshika · Chem. Commun. · 2009 · 83610.1039/B818087C ↗
89. Suga · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 162710.1002/adma.200803073 ↗
90. Sato · Macromol. Symp. · 2015 · 351 · 9010.1002/masy.201300224 ↗
91. Hatakeyama-Sato · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 180090010.1002/adma.201800900 ↗
92. Hatakeyama-Sato · Small · 2019 · 15 · 180529610.1002/smll.201805296 ↗
93. Guo · Electrochim. Acta · 2012 · 72 · 8110.1016/j.electacta.2012.03.162 ↗
94. Hauffman · J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. · 2013 · 51 · 10110.1002/pola.26279 ↗
95. Lin · Polym. Chem. · 2012 · 3 · 146710.1039/c2py20048a ↗
96. Boujioui · Polym. Chem. · 2017 · 8 · 44110.1039/C6PY01807F ↗
97. Zhang · Polym. Chem. · 2017 · 8 · 181510.1039/C7PY00151G ↗
98. Bertrand · Polym. Chem. · 2015 · 6 · 606710.1039/C5PY00896D ↗
99. Janoschka · J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. · 2012 · 50 · 139410.1002/pola.25907 ↗
100. Sukegawa · Macromolecules · 2014 · 47 · 861110.1021/ma501632t ↗