Design Principles of Quinone Redox Systems for Advanced Sulfide Solid‐State Organic Lithium Metal Batteries

材料科学 氧化还原 有机自由基电池 金属锂 无机化学 快离子导体 锂电池 组合化学 纳米技术 电解质 电极 化学 有机化学 物理化学 离子键合 冶金 离子
作者
Xiaodong Lin,Petru Apostol,Hewei Xu,Vasudeva Rao Bakuru,Xiaolong Guo,Zehan Chen,D. Rambabu,Shubhadeep Pal,Da Tie,Yan Zhang,Xinlong Xie,Seung‐Gi Kim,Yi Li,Zhao Li,Mengyuan Du,Shanshan Yan,Xiaozhe Zhang,Ruming Yuan,Mingsen Zheng,Fernand Gauthy,Vincent Finsy,Jianxin Zou,Jean‐François Gohy,Quanfeng Dong,Alexandru Vlad
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (32) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202312908
摘要

Abstract The emergence of solid‐state battery technology presents a potential solution to the dissolution challenges of high‐capacity small molecule quinone redox systems. Nonetheless, the successful integration of argyrodite‐type Li 6 PS 5 Cl, the most promising solid‐state electrolyte system, and quinone redox systems remains elusive due to their inherent reactivity. Here, a library of quinone derivatives is selected as model electrode materials to ascertain the critical descriptors governing the (electro)chemical compatibility and subsequently the performances of Li 6 PS 5 Cl‐based solid‐state organic lithium metal batteries (LMBs). Compatibility is attained if the lowest unoccupied molecular orbital level of the quinone derivative is sufficiently higher than the highest occupied molecular orbital level of Li 6 PS 5 Cl. The energy difference is demonstrated to be critical in ensuring chemical compatibility during composite electrode preparation and enable high‐efficiency operation of solid‐state organic LMBs. Considering these findings, a general principle is proposed for the selection of quinone derivatives to be integrated with Li 6 PS 5 Cl, and two solid‐state organic LMBs, based on 2,5‐diamino‐1,4‐benzoquinone and 2,3,5,6‐tetraamino‐1,4‐benzoquinone, are successfully developed and tested for the first time. Validating critical factors for the design of organic battery electrode materials is expected to pave the way for advancing the development of high‐efficiency and long cycle life solid‐state organic batteries based on sulfides electrolytes.
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