Högspännings Li-ion-batteri med hög energidensitet som rapporteras vara billigt och metallfritt
| Jerry Huang
Redaktörens anteckning: Forskare rapporterar en banbrytande högspänningselektrokemi med hög energitäthet för litiumjonbatterier som är ekonomisk och metallfri (miljövänlig). Detta 4 V-klass organiska litiumjonbatteri har hög teoretisk kapacitet och hög spänning, medan deras praktiska katodmaterial och elektrolyter förblir outforskade.
Är redoxaktiva organiska små molekyler lämpliga för högspännings (>4 V) litiumjonbatterikatoder?
Av: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Första gången publicerad: 10 mars 2022 på Advanced Science
4 V-klass organiska litiumjonbatterier
Medan organiska litiumjonbatterier har väckt stor uppmärksamhet på grund av sin höga teoretiska kapacitet, är högspänningsorganiska katodmaterial fortfarande outforskade. I artikelnummer 2200187 rapporterar Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma och medarbetare elektrokemin hos krokonsyra vid hög spänning. Teoretiska och experimentella undersökningar bekräftar att de två enolaterna i krokonsyra visar runt 4 V redox, som kan användas för energilagring.
Abstrakt
Medan organiska batterier har väckt stor uppmärksamhet på grund av sin höga teoretiska kapacitet, är högspänningsorganiska aktiva material (> 4 V vs Li/Li+) fortfarande outforskade. Här kombineras densitetsfunktionella teoriberäkningar med cykliska voltammetrimätningar för att undersöka elektrokemin hos krokonsyra (CA) för användning som ett litiumjonbatteri-katodmaterial i både dimetylsulfoxid och γ-butyrolakton (GBL) elektrolyter. DFT-beräkningar visar att CA-dilitiumsalt (CA–Li2) har två enolatgrupper som genomgår redoxreaktioner över 4,0 V och en teoretisk energitäthet på materialnivå på 1949 Wh kg–1 för lagring av fyra litiumjoner i GBL – som överstiger värdet av båda konventionella oorganiska och kända organiska katodmaterial. Mätningar av cyklisk voltammetri avslöjar en mycket reversibel redoxreaktion av enolatgruppen vid ≈4 V i båda elektrolyterna. Batteriprestandatest av CA som litiumjonbatterikatod i GBL visar två urladdningsspänningsplatåer vid 3,9 och 3,1 V och en urladdningskapacitet på 102,2 mAh g–1 utan kapacitetsförlust efter fem cykler. Med de högre urladdningsspänningarna jämfört med de kända, state-of-the-art organiska små molekylerna, lovar CA att vara en främsta katod-materialkandidat för framtida högenergi-densitet litiumjon organiska batterier.
Referenser:
- https://doi.org/10.1002/advs.202200187