La batterie lithium-ion haute tension à haute densité énergétique serait peu coûteuse et sans métal
| Jerry Huang
Note de l'éditeur : les chercheurs rapportent une électrochimie révolutionnaire à haute tension et haute densité d'énergie de la batterie lithium-ion qui est économique et sans métal (respectueux de l'environnement). Cette batterie lithium-ion organique de classe 4 V présente une capacité théorique élevée et une haute tension, tandis que leurs matériaux cathodiques et électrolytes pratiques restent inexplorés.
Les petites molécules organiques redox-actives sont-elles applicables aux cathodes de batterie lithium-ion haute tension (> 4 V) ?
Par : Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Première publication : 10 mars 2022 sur Advanced Science
4 batteries lithium-ion organiques de classe V
Alors que les batteries lithium-ion organiques ont suscité une grande attention en raison de leurs capacités théoriques élevées, les matériaux de cathode organique haute tension restent inexplorés. Dans l'article numéro 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma et leurs collègues rapportent l'électrochimie de l'acide croconique à haute tension. Des études théoriques et expérimentales confirment que les deux énolates dans l'acide croconique présentent un redox d'environ 4 V, qui peut être utilisé pour le stockage d'énergie.
Résumé
Alors que les batteries organiques ont suscité une grande attention en raison de leurs capacités théoriques élevées, les matériaux actifs organiques haute tension (> 4 V vs Li/Li+) restent inexplorés. Ici, les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité sont combinés avec des mesures de voltamétrie cyclique pour étudier l'électrochimie de l'acide croconique (CA) à utiliser comme matériau de cathode de batterie lithium-ion dans les électrolytes de diméthylsulfoxyde et de γ-butyrolactone (GBL). Les calculs DFT démontrent que le sel de dilitium CA (CA – Li2) a deux groupes énolate qui subissent des réactions redox au-dessus de 4,0 V et une densité d'énergie théorique au niveau du matériau de 1949 Wh kg –1 pour stocker quatre ions lithium dans GBL, dépassant la valeur des deux les matériaux cathodiques inorganiques classiques et organiques connus. Les mesures de voltamétrie cyclique révèlent une réaction redox hautement réversible par le groupe énolate à ≈4 V dans les deux électrolytes. Les tests de performances de batterie de CA en tant que cathode de batterie lithium-ion dans GBL montrent deux plateaux de tension de décharge à 3,9 et 3,1 V, et une capacité de décharge de 102,2 mAh g–1 sans perte de capacité après cinq cycles. Avec des tensions de décharge plus élevées par rapport aux petites molécules organiques connues et à la pointe de la technologie, CA promet d'être un candidat de choix pour les matériaux de cathode pour les futures batteries organiques lithium-ion à haute densité d'énergie.
Références:
- https://doi.org/10.1002/advs.202200187