Wysokonapięciowy akumulator litowo-jonowy o dużej gęstości energii jest tani i nie zawiera metali
| Jerry Huang
Od redakcji: Naukowcy donoszą o przełomowej elektrochemii wysokonapięciowej i wysokiej gęstości energii baterii litowo-jonowej, która jest ekonomiczna i wolna od metali (przyjazna dla środowiska). Ta organiczna bateria litowo-jonowa klasy 4 V charakteryzuje się wysoką teoretyczną pojemnością i wysokim napięciem, a ich praktyczne materiały katodowe i elektrolity pozostają niezbadane.
Czy małe cząsteczki organiczne o działaniu redoks nadają się do stosowania w wysokonapięciowych (>4 V) katodach akumulatorów litowo-jonowych?
Autorzy: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pierwsza publikacja: 10 marca 2022 r. w Advanced Science
4 organiczne baterie litowo-jonowe klasy V
Podczas gdy organiczne akumulatory litowo-jonowe przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich wysokie teoretyczne pojemności, wysokonapięciowe organiczne materiały katodowe pozostają niezbadane. W artykule nr 2200187 Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma i współpracownicy opisują elektrochemię kwasu krokowego pod wysokim napięciem. Badania teoretyczne i eksperymentalne potwierdzają, że dwa enolany w kwasie krokowym wykazują około 4 V redoks, który może być wykorzystany do magazynowania energii.
Abstrakcyjny
Podczas gdy akumulatory organiczne przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich wysokie teoretyczne pojemności, organiczne materiały aktywne wysokiego napięcia (> 4 V w porównaniu z Li/Li+) pozostają niezbadane. W tym przypadku obliczenia teorii funkcjonału gęstości są łączone z pomiarami cyklicznej woltamperometrii w celu zbadania elektrochemii kwasu krokowego (CA) do zastosowania jako materiał katodowy akumulatora litowo-jonowego zarówno w elektrolitach sulfotlenku dimetylu, jak i γ-butyrolaktonu (GBL). Obliczenia DFT wykazują, że sól dwulitowa CA (CA–Li2) ma dwie grupy enolowe, które przechodzą reakcje redoks powyżej 4,0 V, oraz teoretyczną gęstość energii na poziomie materiału 1949 Wh kg–1 do przechowywania czterech jonów litu w GBL — przekraczającą wartość obu konwencjonalne nieorganiczne i znane organiczne materiały katodowe. Pomiary woltamperometrii cyklicznej ujawniają wysoce odwracalną reakcję redoks grupy enolowej przy ~4 V w obu elektrolitach. Testy wydajności baterii CA jako katody litowo-jonowej baterii w GBL wykazały dwa plateau napięcia rozładowania przy 3,9 i 3,1 V oraz pojemność rozładowania 102,2 mAh g-1 bez utraty pojemności po pięciu cyklach. Przy wyższych napięciach rozładowania w porównaniu ze znanymi, najnowocześniejszymi małymi cząsteczkami organicznymi, CA może być głównym kandydatem na materiał katodowy dla przyszłych akumulatorów litowo-jonowych o wysokiej gęstości energii.
Bibliografia:
- https://doi.org/10.1002/advs.202200187