Fortgeschrittene organische Elektrodematerialien für wiederaufladbare Natrium-Ionen-Batterien

Nutzen ziehend aus der hohen Verfügbarkeit und den niedrigen Kosten von Natriumressourcen, werden wiederaufladbare Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) als vielversprechende Kandidaten für die großflächige elektrochemische Energiespeicherung und -umwandlung angesehen. Aufgrund der höheren Masse und des größeren Radius von Na+ im Vergleich zu Li+ sind SIBs mit anorganischen Elektrodematerialien derzeit mit einer niedrigen Kapazität und einer unzureichenden Lebensdauer belastet. Im Vergleich dazu zeigen organische Elektrodematerialien die Vorteile der strukturellen Gestaltbarkeit, hohen Kapazität und geringen Einschränkung des kationischen Radius. Allerdings stehen organische Elektrodematerialien auch vor Problemen wie hoher Löslichkeit im Elektrolyten und niedriger Leitfähigkeit. Hier werden kürzlich berichtete organische Elektrodematerialien, die hauptsächlich Reaktionen auf der Basis von entweder Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindungen oder Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindungen und Dotierungsreaktionen umfassen, systematisch überprüft. Darüber hinaus werden die Entwurfsstrategien für organische Elektroden umfassend zusammengefasst. Die Betriebs spannung wird durch die Kontrolle der niedrigsten unbesetzten molekularen Orbitalenergien reguliert. Die theoretische Kapazität kann durch Erhöhung der aktiven Gruppen verbessert werden. Die Auflösung wird durch Erhöhung der intermolekularen Kräfte bei entsprechender Molekulargröße gehemmt. Die Leitfähigkeit kann durch die Verlängerung konjugierter Strukturen verbessert werden. Zukünftige Forschungen zu organischen Elektroden sollten sich auf die Entwicklung vollständiger SIBs mit wässrigen/aprotischen Elektrolyten und langer Zyklusstabilität konzentrieren.