Un team di ricerca congiunto della Tohoku University e dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) ha compiuto un progresso significativo verso le batterie agli ioni di litio ad alta tensione prive di metalli che utilizzano una piccola molecola organica:l'acido cocconico. La svolta ci avvicina alla realizzazione di batterie agli ioni di litio prive di metalli, ad alta energia ed economiche.

A differenza delle tradizionali batterie agli ioni di litio, che dipendono da terre rare come il cobalto e il litio, le batterie organiche sfruttano elementi naturalmente abbondanti come carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno. Inoltre, le batterie organiche hanno capacità teoriche maggiori rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio perché il loro uso di materiali organici le rende leggere. La maggior parte delle batterie organiche segnalate fino ad oggi, tuttavia, possiede una tensione di lavoro relativamente bassa (1–3 V). L'aumento della tensione delle batterie organiche porterà a batterie a maggiore densità di energia.

Itaru Honma, professore di chimica presso l'Istituto di ricerca multidisciplinare per i materiali avanzati della Tohoku University, Hiroaki Kobayashi, assistente professore di chimica presso la Tohoku University, e Yuto Katsuyama, uno studente laureato presso l'UCLA, hanno scoperto che l'acido croconico, se usato come litio -materiale del catodo della batteria a ioni, mantiene una forte tensione di lavoro di circa 4 V.

L'acido cocconico ha cinque atomi di carbonio legati tra loro in una forma pentagonale e ciascuno degli atomi di carbonio è legato all'ossigeno. Ha anche un'elevata capacità teorica di 638,6 mAh/g, che è molto superiore ai tradizionali materiali catodici delle batterie agli ioni di litio (LiCoO2 ~ 140 mAh/g). "Abbiamo studiato il comportamento elettrochimico dell'acido croconico nell'intervallo di alta tensione superiore a 3 V utilizzando calcoli teorici ed esperimenti elettrochimici", ha affermato Kobayashi. "Abbiamo scoperto che l'acido croconico immagazzina gli ioni di litio a circa 4 V, fornendo una densità di energia teorica molto elevata di 1949 Wh/kg, che è maggiore della maggior parte delle batterie agli ioni di litio inorganiche e organiche".

Sebbene la capacità teorica non sia stata raggiunta in questo studio, i ricercatori sono ottimisti che ciò possa essere migliorato dallo sviluppo di elettroliti stabili ad alta tensione e da modifiche chimiche all'acido croconico. Poiché la maggior parte degli elettroliti non può sopportare una tensione di lavoro così elevata dell'acido croconico, lo sviluppo di nuovi elettroliti è fondamentale. Inoltre, le strutture di piccole molecole organiche, compreso l'acido croconico, possono essere facilmente modificate. Un'appropriata modifica strutturale può stabilizzare la molecola, portando a una maggiore capacità e reversibilità.

La ricerca è pubblicata su Advanced Science . + Esplora ulteriormente

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