研究人员通过使用具有高压电势的有机分子作为电池的阴极，在研发廉价且高能的锂离子电池上取得了重大进展。

东北大学（Tohoku University）与加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California，Los Angeles）组成的联合研究团队制造了一种锂电池，通过番红花酸（croconic acid）作为阴极，代替了目前大多数锂离子电池中的阴极，锂离子电池通常由锂和钴、铁、镍和/或铝等金属组成。

事实上，传统的锂离子电池依赖于钴和锂等稀有材料，这可能面临难以获取、不人道且成本昂贵。另一方面，有机电池利用天然丰富的元素，如碳、氢、氮和氧，这不仅使它们更环保，而且价格更低。

研究人员表示，有机电池的另一优势是比传统锂离子电池具有更高的理论容量，因为使用的这些有机材料使电池重量更轻。

研究人员表示，该团队的突破为未来开发无金属、高能且廉价的锂离子电池铺平了道路，这些电池可以满足下一代设备的能源需求。

然而，到目前为止，有机电池的一个缺点是，大多数报告的电池是工作电压相对较低，在1伏到3伏之间；因此，大幅度提高电压一直是研究这些电池的科学家们的目标。

高压的潜力

东北大学/加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的研究团队通过番红花酸来实现这一目标，当番红花酸用作锂离子电池阴极材料，可以保持约4 V的强大工作电压。该研究团队由东北大学化学教授Itaru Honma与化学助力教授Hiroaki Kobayashi，和UCLA的研究生Yuto Katsuyama组成。

Kobayashi在新闻稿中表示：“我们通过理论计算与电化学试验研究了番红花酸在3伏以上的高压的电化学行为。我们发现番红花酸储存锂离子的容量约为4 V，具有很高的理论能量密度，为1949 Wh/kg，比大多数无机和有机锂离子电池都要大。”

番红花酸是一种五个碳原子以五角形相互连接的物质；每一个碳原子都与氧结合。该材料同样具有638.6mAh/g的高理论容量，比传统锂离子电池阴极材料钴酸锂要高出很多，钴酸锂的容量仅约为140mAh/g。

该研究团队在杂志《Advanced Science》上发表了相关论文。

未来的发展

研究人员在研究中未能达到番红花酸的理论容量；然而，他们对此依旧持乐观态度，他们认为最终可以通过在高压下研发出稳定的电解质，并对番红花酸进行化学修饰来实现这一目标。

研究人员表示，事实上，大多数电解质在番红花酸的强工作电压下无法发挥作用，这使得新电解质的开发成为这些有机电池发展的关键下一步。

他们说，该研究团队计划探索如何通过对有机小分子（如，番红花酸）进行适当的结构修饰来稳定分子，从而获得更大的容量和可逆性。

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2022.6.24