Diamino-Substituted Quinones as Cathodes for Lithium-Ion Batteries

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作者
Tyler W. Hiltermann,Subhajit Sarkar,Venkataraman Thangadurai,Todd C. Sutherland
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (7): 8580-8588 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14123
摘要

This study introduces a sustainable approach to designing organic cathode materials (OCMs) for lithium-ion batteries as a potential replacement for traditional metal-based electrodes. Utilizing green synthetic methodologies, we synthesized and characterized five distinct quinone derivatives and investigated their electrochemical attributes within Li-ion battery architectures. Notably, the observed specific capacities were lower than the theoretical predictions, suggesting limitations in achieving efficient redox reactions in a coin-cell configuration. Among the quinone derivatives studied, one variant derived from natural vanillin showed superior cycle stability, maintaining 58% capacity retention over 95 charge–discharge cycles, and achieving a Coulombic efficiency of 90%. Importantly, we discovered that the commonly used Super-P conductive carbon did not yield any measurable battery performance; instead, these quinones necessitated the incorporation of graphene nanoplatelets as the conductive matrix. Through a facile one-step synthesis in ethanol or water, we have demonstrated a viable synthetic route for producing OCMs, albeit with moderate performances, which have attempted to address common concerns of high solubility and poor redox reactivity of previous OCMs, thereby offering a sustainable pathway for the development of organic-based energy storage devices.
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