不含稀有金屬之有機鋰離子電池,動作電壓可達4V

 

刊登日期:2022/4/22
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日本東北大學與美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)開發了一項動作電壓為4V,高於既有鋰離子電池,且不含稀有金屬之有機鋰離子電池。研究團隊採用了低分子量有機化合物–克酮酸(Croconic Acid)做為正極材料,進而實現了高電壓動作。除了鋰離子電池以外,此項技術亦可應用於全固態電池或鎂電池,可望促進不使用稀有金屬之低價格、輕量且高能量密度之蓄電池的開發。

碳以五角形結合的克酮酸具有5個能進行氧化還原反應的碳-氧鍵(Carbon–oxygen Bond)。此外,若每個分子最多可以儲存4個電子且利用於氧化還原反應的話,理論容量可望達到鈷類正極材料的4倍以上,但目前五個碳-氧鍵中僅有2個可利用,動作電壓也在2V以下。

然而研究團隊透過第一原理計算方法,發現與過去使用的鍵不同的另外兩個碳-氧鍵顯示出超過4V的氧化還原電位。藉由電解液等的設計調整,研究團隊成功地利用了這2個碳-氧鍵的反應。實際以克酮酸做為正極製作了鋰離子電池,並確認了以4V的反覆放電。但另一方面,高理論容量未能獲得利用,今後研究團隊將透過分子設計等研究評估,期同時實現高容量與高電壓的目標。


資料來源: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/631249
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