باتری های ارگانیک از عناصر فراوان تری استفاده می کنند و ظرفیت بالقوه بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یون معمولی دارند.
یک تیم تحقیقاتی مشترک از دانشگاه توهوکو و دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس (UCLA) پیشرفت چشمگیری داشته است. در زمینه باتری های لیتیوم یونی بدون فلز با ولتاژ بالا داشته اند که از یک مولکول آلی کوچک، اسید کروکونیک استفاده می کنند. این پیشرفت ما را به ساخت باتری های لیتیوم یونی بدون فلز، پرانرژی و ارزان نزدیک تر می کند.
برخلاف باتری‌های لیتیوم یون معمولی که به مواد کمیاب مانند کبالت و لیتیوم وابسته هستند، باتری‌های آلی از عناصر طبیعی فراوانی مانند کربن، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن استفاده می‌کنند. علاوه بر این، باتری‌های آلی ظرفیت تئوری بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی معمولی دارند، زیرا استفاده از مواد آلی آنها را سبک وزن می‌کند. با این حال، اکثر باتری های ارگانیک گزارش شده تا به امروز، دارای ولتاژ کاری نسبتاً پایین (1-3V) هستند. افزایش ولتاژ باتری های آلی منجر به باتری های با چگالی انرژی بالاتر می شود.
ایتارو هونما، استاد شیمی در موسسه تحقیقات چند رشته ای مواد پیشرفته دانشگاه توهوکو، هیرواکی کوبایاشی، استادیار شیمی در دانشگاه توهوکو، و یوتو کاتسویاما، دانشجوی کارشناسی ارشد UCLA، دریافتند که اسید کروکونیک به عنوان لیتیوم استفاده می شود. مواد کاتد باتری یونی، ولتاژ کاری قوی حدود 4 ولت را حفظ می کند.
اسید کروکونیک دارای پنج اتم کربن است که به صورت پنج ضلعی به یکدیگر پیوند دارند و هر یک از کربن ها به اکسیژن پیوند دارند. همچنین دارای ظرفیت تئوری بالای 638.6 میلی آمپر ساعت بر گرم است که بسیار بالاتر از مواد کاتد باتری لیتیوم یون معمولی (LiCoO2 ~ 140 میلی آمپر ساعت بر گرم) است. کوبایاشی گفت: ما رفتار الکتروشیمیایی اسید کروکونیک را در محدوده ولتاژ بالا بالای 3 ولت با استفاده از محاسبات نظری و آزمایشات الکتروشیمیایی بررسی کردیم. ما کشف کردیم که اسید کروکونیک یون‌های لیتیوم را تقریباً با ولتاژ 4 ولت ذخیره می‌کند، که چگالی انرژی بسیار بالایی معادل 1949 Wh/kg می‌دهد، که از بیشتر باتری‌های لیتیوم یونی معدنی و آلی بزرگ‌تر است.
اگرچه ظرفیت نظری در این مطالعه به دست نیامد، محققان خوشبین هستند که این امر می تواند با توسعه الکترولیت های پایدار در ولتاژ بالا و تغییرات شیمیایی در اسید کروکونیک افزایش یابد. از آنجایی که اکثر الکترولیت ها نمی توانند چنین ولتاژ کاری قوی اسید کروکونیک را تحمل کنند، تولید الکترولیت های جدید حیاتی است. علاوه بر این، ساختار مولکول های آلی کوچک، از جمله اسید کروکونیک، به راحتی قابل تغییر است. اصلاح ساختاری مناسب می تواند مولکول را تثبیت کند و منجر به ظرفیت و برگشت پذیری بیشتر شود.
– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه توهوکو منتشر شد