La incorporación de materiales orgánicos en las baterías de iones de litio podría reducir su costo y hacerlas más respetuosas con el medio ambiente. Los investigadores de A * STAR han encontrado. El equipo ha desarrollado un cátodo de batería de base orgánica que ha mejorado significativamente el rendimiento electroquímico en comparación con los materiales de cátodo orgánico anteriores. Crucialmente, el nuevo material también es robusto, permaneciendo estable durante miles de ciclos de carga / descarga de la batería.

El cátodo el electrodo positivo en las baterías de iones de litio, es un componente crítico. Un electrón deficiente, La molécula orgánica rígida llamada hexaazatrinaftaleno (HATN) se investigó previamente como material de cátodo orgánico para baterías de iones de litio. Sin embargo, su prometedor rendimiento inicial disminuyó rápidamente durante el uso, porque la molécula comenzó a disolverse en el electrolito líquido de la batería.

Un nuevo material de cátodo, en el que HATN se combinó con óxido de grafeno en un intento por evitar que el material orgánico se disolviera, ahora ha sido desarrollado por Yugen Zhang y sus colegas del Instituto A * STAR de Bioingeniería y Nanotecnología.

En óxido de grafeno, una capa de átomos de carbono de un solo átomo de espesor está parcialmente cubierta por una capa de átomos de oxígeno. "El óxido de grafeno tiene una conductividad electrónica excelente, y la funcionalidad de oxígeno superficial que puede formar interacciones de enlaces de hidrógeno con HATN, "Dice Zhang. Explica que esto convirtió al óxido de grafeno en un candidato prometedor para formar un nanocompuesto de óxido de grafeno HATN.

El rendimiento del nanocompuesto superó las expectativas. Los materiales se combinaron para formar nanobarras de núcleo y capa en las que el HATN estaba recubierto con óxido de grafeno. "El óxido de grafeno y HATN formaron una estructura compuesta muy agradable, que resolvió el problema de la disolución de HATN en el electrolito y le dio al cátodo una muy buena estabilidad cíclica, "Dice Zhang. Una batería de iones de litio que utiliza este material como cátodo retuvo el 80 por ciento de su capacidad después de 2000 ciclos de carga / descarga.

El equipo vio un rendimiento aún mejor cuando combinaron óxido de grafeno con un derivado de HATN llamado ácido hexaazatrinaftalen tricarboxílico (HATNTA). Una batería hecha de este material retuvo el 86 por ciento de su capacidad después de 2, 000 ciclos de carga / descarga. El rendimiento mejorado se debe probablemente a los grupos de ácido carboxílico polar en la molécula HATNTA, que unió la molécula aún más fuertemente al óxido de grafeno.

El equipo continúa desarrollando nuevos materiales para mejorar el rendimiento de los cátodos orgánicos, Dice Zhang. Aparte de investigar alternativas al óxido de grafeno, el equipo también está trabajando en polímeros porosos basados ​​en HATN para su uso como materiales de cátodos orgánicos, lo que debería mejorar el flujo de iones durante la carga y descarga de la batería.