Сообщается, что высоковольтная литий-ионная батарея с высокой плотностью энергии является недорогой и не содержит металлов.
| Jerry Huang
Примечание редактора: Исследователи сообщают о прорыве в области высоковольтной электрохимии литий-ионных батарей с высокой плотностью энергии, которые являются экономичными и не содержат металлов (экологически чистыми). Эта органическая литий-ионная батарея класса 4 В обладает высокой теоретической емкостью и высоким напряжением, в то время как практические катодные материалы и электролиты для нее остаются неизученными.
Применимы ли окислительно-восстановительные органические малые молекулы в качестве катодов для литий-ионных батарей высокого напряжения (>4 В)?
Авторы: Юто Кацуяма, Хироаки Кобаяши, Казуюки Ивасе, Ёсиюки Гамбе, Итару Хонма | Первая публикация: 10 марта 2022 г., журнал Advanced Science.
4 органических литий-ионных батареи V-класса
Хотя органические литий-ионные батареи привлекают большое внимание благодаря своей высокой теоретической емкости, высоковольтные органические катодные материалы остаются неизученными. В статье № 2200187 Юто Кацуяма, Хироаки Кобаяси, Итару Хонма и их коллеги сообщают об электрохимических свойствах кроконовой кислоты при высоком напряжении. Теоретические и экспериментальные исследования подтверждают, что два енолата в кроконовой кислоте демонстрируют окислительно-восстановительную реакцию при напряжении около 4 В, что может быть использовано для хранения энергии.
Абстрактный
Несмотря на то, что органические батареи привлекают большое внимание благодаря своей высокой теоретической емкости, высоковольтные органические активные материалы (> 4 В относительно Li/Li+) остаются неизученными. В данной работе расчеты методом теории функционала плотности в сочетании с измерениями циклической вольтамметрии исследуют электрохимию кроконовой кислоты (CA) для использования в качестве катодного материала литий-ионной батареи как в диметилсульфоксиде, так и в γ-бутиролактоне (GBL). Расчеты методом теории функционала плотности показывают, что дилитиевая соль CA (CA–Li2) имеет две енолатные группы, которые подвергаются окислительно-восстановительным реакциям выше 4,0 В, и теоретическую плотность энергии на уровне материала 1949 Вт·ч·кг⁻¹ для хранения четырех ионов лития в GBL, что превышает значение как для обычных неорганических, так и для известных органических катодных материалов. Измерения циклической вольтамметрии показывают высокообратимую окислительно-восстановительную реакцию енолатной группы при ≈4 В в обоих электролитах. Испытания характеристик батареи CA в качестве катода литий-ионной батареи в GBL показали два плато разрядного напряжения при 3,9 и 3,1 В и разрядную емкость 102,2 мА·ч/г без потери емкости после пяти циклов. Благодаря более высоким разрядным напряжениям по сравнению с известными, современными органическими малыми молекулами, CA обещает стать перспективным катодным материалом для будущих литий-ионных органических батарей с высокой плотностью энергии.
Ссылки:
- https://doi.org/10.1002/advs.202200187