Batteria agli ioni di litio ad alta tensione e alta densità energetica, a basso costo e priva di metallo
| Jerry Huang
Nota del redattore: i ricercatori segnalano un'innovativa elettrochimica ad alta tensione ad alta densità di energia della batteria agli ioni di litio che è economica e priva di metalli (rispettosa dell'ambiente). Questa batteria organica agli ioni di litio di classe 4 V presenta un'elevata capacità teorica e un alto voltaggio, mentre i loro pratici materiali catodici ed elettroliti rimangono inesplorati.
Le piccole molecole organiche redox-attive sono applicabili ai catodi di batterie agli ioni di litio ad alta tensione (> 4 V)?
Di: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pubblicato per la prima volta: 10 marzo 2022 su Advanced Science
4 batterie organiche agli ioni di litio di classe V
Mentre le batterie organiche agli ioni di litio hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali catodici organici ad alta tensione rimangono inesplorati. Nell'articolo numero 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma e colleghi riferiscono l'elettrochimica dell'acido croconico ad alta tensione. Indagini teoriche e sperimentali confermano che i due enolati nell'acido croconico mostrano circa 4 V redox, che possono essere utilizzati per l'accumulo di energia.
Astratto
Mentre le batterie organiche hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali attivi organici ad alta tensione (> 4 V vs Li/Li+) rimangono inesplorati. Qui, i calcoli della teoria funzionale della densità sono combinati con misurazioni della voltammetria ciclica per studiare l'elettrochimica dell'acido croconico (CA) da utilizzare come materiale catodico per batterie agli ioni di litio sia negli elettroliti dimetilsolfossido che γ-butirrolattone (GBL). I calcoli DFT dimostrano che il sale di dilitio CA (CA–Li2) ha due gruppi enolati che subiscono reazioni redox superiori a 4,0 V e una densità di energia teorica a livello di materiale di 1949 Wh kg–1 per la conservazione di quattro ioni di litio in GBL, superando il valore di entrambi materiali catodici inorganici convenzionali e noti. Le misurazioni della voltammetria ciclica rivelano una reazione redox altamente reversibile da parte del gruppo enolato a ≈4 V in entrambi gli elettroliti. I test sulle prestazioni della batteria di CA come catodo della batteria agli ioni di litio in GBL mostrano due plateau di tensione di scarica a 3,9 e 3,1 V e una capacità di scarica di 102,2 mAh g–1 senza perdita di capacità dopo cinque cicli. Con le tensioni di scarica più elevate rispetto alle piccole molecole organiche note e all'avanguardia, CA promette di essere un candidato materiale catodico di prim'ordine per le future batterie organiche agli ioni di litio ad alta densità di energia.
Riferimenti:
- https://doi.org/10.1002/advs.202200187