Organic tailored batteries materials using stable open-shell molecules with degenerate frontier orbitals

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作者
Yasushi Morita,Shinsuke Nishida,T. Murata,Miki Moriguchi,Akira Ueda,Masaharu Satoh,Kazunori Arifuku,Kazunobu Sato,Takeji Takui
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:10 (12): 947-951 被引量:519
标识
DOI:10.1038/nmat3142
摘要

Secondary batteries using organic electrode-active materials promise to surpass present Li-ion batteries in terms of safety and resource price. The use of organic polymers for cathode-active materials has already achieved a high voltage and cycle performance comparable to those of Li-ion batteries. It is therefore timely to develop approaches for high-capacity organic materials-based battery applications. Here we demonstrate organic tailored batteries with high capacity by using organic molecules with degenerate molecular orbitals (MOs) as electrode-active materials. Trioxotriangulene (TOT), an organic open-shell molecule, with a singly occupied MO (SOMO) and two degenerate lowest-unoccupied MOs (LUMOs) was investigated. A tri-tert-butylated derivative ((t-Bu)(3)TOT)exhibited a high discharge capacity of more than 300 A h kg(-1), exceeding those delivered by Li-ion batteries. A tribrominated derivative (Br(3)TOT) was also shown to increase the output voltage and cycle performance up to 85% after 100 cycles of the charge-discharge processes.

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