独家|锂电池新正极材料，能量密度是当前最高三元材料三倍
独家|锂电池新正极材料，能量密度是当前最高三元材料三倍
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图1：克酮酸和高压环保有机锂离子电池的的示意图。
但是，锂离子电池的成本高，一些贵重金属如钴，镍以及锂的供给在需求猛增的现实中无法满足挑战。如果正极材料可以采用有机元素制备的活性材料则可以解决这方面的问题。
这种电池被称为有机电池，与使用钴，铁，锰等材料的传统锂离子电池不同，有机电池利用天然非常丰富的元素，如碳，氧氢和氮。因为这些有机材料的重量轻，他们具有更大的理论容量。
除此之外 ，这些元素是普遍存在的元素，价格低廉几乎可以永久性的合成，而不用担心资源短缺的问题。有机活性材料也可以由生物质等可再生资源制备，有助于在大规模生产过程中减少能源消耗和二氧化碳。因此，近些年来，有机电池得到了很大的关注。
然而， 迄今为止，几乎所有公开报道的有机电池都具有相对较低的（1-3V）工作电压。而传统锂离子电池的工作电压在3.5-4.2V之间，增加有机电池的电压将使得电池拥有更高的能量密度。
最近，日本东北大学和美国加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的联合研究小组在使用小质量有机分子克酮酸（Croconic acid）方面取得了重大进展。这一突破使我们更接近于实现无金属、廉价和高性能的锂离子电池。
克酮酸(Croconic acid)是一种含氧碳化合物，由具有三个羰基和两个烯醇基团的五元碳环组成，1825 年 Gmelin首次将其分离。2010 年， S. Horiuchi 等人。在《自然》上发表论文指出克酮酸在单组分分子晶体中表现出高于室温的铁电性，引起了 克酮酸的极大关注。
克酮酸具有638.6 mAh/g的高理论容量，远高于常规锂离子电池正极材料（LiCoO2~140 mAh/g），是最高三元材料（200-230mAh/g）的三倍。
日本东北大学先进材料多学科研究所的化学教授本间伊塔鲁、东北大学化学助理教授小林博明和美国加州大学洛杉矶分校的研究生胜山裕人发现，克酮酸可以用作锂离子电池正极材料，他的工作电压超过以前报道过的有机电池电压，可以达到4V，这使得理论能量密度高达 1949 Wh/kg。
研究人员， 首先使用密度泛函理论（DFT）计算克酮酸的氧化还原电位和理论能量密度，用循环伏安法测定反应途径。在二甲基亚砜（DMSO）和γ-丁内酯 （GBL）这两种电解液中，工作电压都可以达到4V。而在γ-丁内酯 （GBL）中，有一个3.9V的工作电压平台。
“康桥电池能源CamCellLab”认为：目前，没有报道有机活性材料在 4 V 左右的高压范围内发生氧化还原反应，因此克酮酸具有作为高能量密度电池正极材料的巨大潜力，可满足世界电动汽车应用，达到500Wh/kg的目标再。
等待进一步研究，以有效地将克酮酸用作低成本、可持续和环保的储能材料。 同时，现在大多数电解质不能承受如此强的克酮酸工作电压，因此开发新的电解质至关重要。
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