Uma equipe de pesquisa conjunta da Universidade de Tohoku e da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) fez um avanço significativo em direção a baterias de íons de lítio de alta voltagem sem metal que usam uma pequena molécula orgânica - ácido crocônico. O avanço nos aproxima da realização de baterias de íons de lítio sem metal, de alta energia e baratas.
Ao contrário das baterias convencionais de íons de lítio, que dependem de materiais de terras raras, como cobalto e lítio, as baterias orgânicas exploram elementos naturalmente abundantes, como carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Além disso, as baterias orgânicas têm maiores capacidades teóricas do que as baterias convencionais de íons de lítio porque o uso de materiais orgânicos as torna leves. A maioria das baterias orgânicas relatadas até o momento, no entanto, possui uma tensão de trabalho relativamente baixa (1-3V). O aumento da voltagem das baterias orgânicas levará a baterias de maior densidade de energia.

Itaru Honma, professor de química do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar de Materiais Avançados da Universidade de Tohoku, Hiroaki Kobayashi, professor assistente de química da Universidade de Tohoku, e Yuto Katsuyama, estudante de pós-graduação da UCLA, descobriram que o ácido crocônico, quando usado como -Ion material de cátodo de bateria, mantém uma forte tensão de trabalho de cerca de 4 V.

O ácido crocônico tem cinco átomos de carbono ligados uns aos outros em uma forma pentagonal, e cada um dos carbonos está ligado ao oxigênio. Ele também tem uma alta capacidade teórica de 638,6 mAh/g, que é muito maior do que os materiais convencionais de cátodo de bateria de íons de lítio (LiCoO2 ~ 140 mAh/g). "Investigamos o comportamento eletroquímico do ácido crocônico na faixa de alta tensão acima de 3 V usando cálculos teóricos e experimentos eletroquímicos", disse Kobayashi. “Descobrimos que o ácido crocônico armazena íons de lítio em aproximadamente 4 V, dando uma densidade de energia teórica muito alta de 1949 Wh/kg, que é maior do que a maioria das baterias de íons de lítio inorgânicas e orgânicas”.

Embora a capacidade teórica não tenha sido alcançada neste estudo, os pesquisadores estão otimistas que isso pode ser aprimorado pelo desenvolvimento de eletrólitos estáveis ​​em alta voltagem e modificações químicas no ácido crocônico. Como a maioria dos eletrólitos não suporta uma tensão de trabalho tão forte do ácido crocônico, o desenvolvimento de novos eletrólitos é vital. Além disso, as estruturas de pequenas moléculas orgânicas, incluindo o ácido crocônico, podem ser facilmente modificadas. A modificação estrutural apropriada pode estabilizar a molécula, levando a uma maior capacidade e reversibilidade.

A pesquisa é publicada em Advanced Science . + Explorar mais

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