Las baterías convencionales de iones de litio basadas en materiales catódicos inorgánicos que contienen metales de transición (por ejemplo, Co y Ni) se enfrentan al techo de densidad energética y a la preocupación por la sostenibilidad de los recursos.Por lo tanto, es necesario desarrollar materiales de electrodos y tecnologías de baterías recargables novedosos y altamente eficientes sin limitación de recursos.

Los materiales orgánicos para electrodos (OEM), compuestos principalmente por elementos naturalmente abundantes como C, H, O, N y S, han atraído cada vez más atención en los últimos años debido a sus numerosas ventajas, incluida la diversidad estructural y la designabilidad, la alta capacidad teórica (hastaa 600 mAh g^â1) y densidad energética (hasta 1.000 Wh kg^â1), así como su posible rentabilidad.

Además, las reacciones redox de los grupos orgánicos electroactivos tienen una amplia compatibilidad con cationes o aniones incrustados, por lo que los OEM son casi aplicables en todo tipo de baterías recargables, incluidas las baterías no acuosas de Li/Na/K/Mg, las baterías acuosas de Zn, las baterías de iones duales,y baterías de flujo redox.Según las características estructurales, los OEM se pueden clasificar principalmente enmoléculas pequeñas, polímeros yestructuras metalorgánicas(MOF).

Entre ellos, los materiales de electrodos orgánicos de molécula pequeña (SMOEM) poseen una disponibilidad de material y un potencial de densidad de energía mucho mayores.Sin embargo, también sufren graves problemas de disolución y el consiguiente efecto lanzadera en electrolitos no acuosos, lo que da como resultado una estabilidad cíclica y una eficiencia coulómbicas inferiores.

Recientemente, el grupo encabezado por el profesor Zhiping Song de la Universidad de Wuhan resumió sistemáticamente los conocimientos y las ideas fundamentales sobre los SMOEM basándose en sus casi dos décadas de experiencia en la investigación de OEM.

En esta revisión, los autores introdujeron por primera vez las configuraciones de celda y los principios de funcionamiento de cuatro tipos de baterías recargables basadas en OEM, incluidas baterías organometálicas, baterías de iones metálicos con cátodos o ánodos orgánicos y baterías de iones duales.Posteriormente, se informótipo nytipo pLos grupos y unidades orgánicos electroactivos, así como sus mecanismos redox, estaban claramente categorizados.

Sobre esta base, detallaron los SMOEM de tipo n y p, ilustraron ejemplos representativos y discutieron sus ventajas, desventajas y perspectivas de desarrollo.Además, apuntando al desafío clave de los SMOEM, es decir, el problema de la disolución, los autores resumieron sistemáticamente las principales estrategias para mejorar la estabilidad del ciclo desde dos aspectos: métodos de diseño de estructuras moleculares y enfoques de optimización extrínseca.

Finalmente, expusieron sus propias opiniones sobre el estado de la investigación y las tendencias de los SMOEM, con el objetivo de guiar su desarrollo de una manera más científica y práctica.

La investigación espublicadoen el diarioCiencia China Química.

Más información:Xiaotang Gan et al, Materiales de electrodos orgánicos de molécula pequeña para baterías recargables,Ciencia China Química(2023).DOI: 10.1007/s11426-023-1738-3