A New Type of a Rocking‐Chair Battery Family Based on a Graphite Anode and a Polymer Cathode

Abstract

The characteristics and the performance of a new type of dual intercalation battery using low cost, efficient electrode materials is illustrated and discussed. Typically, these batteries use a carbon‐based anode (e.g., graphite) and a polymer [e.g., poly(pyrrole)] cathode. Although far from being optimized, these prototypes show good cycleability and an appreciable theoretical energy density. Since dual intercalation of both the lithium cations and the counteranions are involved in the electrochemical process, these new, metal‐free, lithium power source systems have been termed “dion” batteries.

Electrode Surface Composition of Dual-Intercalation, All-Graphite Batteries

“…This approach allows the use of less volatile solvents and inexpensive, easy-to-dispose electrodes, and offers energy densities that are suitable for grid-level implementation. Furthermore, the dual-intercalation process has broad implementation across a wide range of materials, including layered carbides [13], polymer composites [14], graphene [15], and aluminum [16]. Despite important advantages in the dual-intercalation charge storage mechanism, existing all-graphite battery configurations do not yet yield sufficiently high cycling efficiencies and steady-state discharge capacities.…”

Materiais para cátodos de baterias secundárias de lítio

“…A partir de 1979, quando foi mostrado que os processos eletroquímicos direto e inverso de dopagem podiam ser obtidos de maneira reversível 89 , muitas pesquisas têm se desenvolvido em novos tipos de baterias secundárias utilizando polímeros condutores eletrônicos (PCEs) como materiais eletroativos [90][91][92][93][94][95][96] . Em linhas gerais, pode-se citar as características abaixo como particularmente necessárias a um polímero candidato a ser utilizado como eletrodo em dispositivos secundários 97 , (a) Alta quantidade de dopante por unidade de massa e unidade de volume; (b) Boa reversibilidade nos processos direto e inverso de dopagem; (c) Difusão rápida de dopante na matriz polimérica; (d) Alto potencial para dopante do tipo-p e baixo para dopante do tipo-n; (e) Estabilidade química, eletroquímica e térmica e facilidade de manuseio; (f) Estabilidade em relação à solução do eletrólito; (g) Alta condutividade.…”

“…Além das configurações para cada situação, são mostrados dois esquemas reacionais para a polianilina e uma derivada autodopada, denotada genericamente pela presença do grupo -SO 3 -como no caso das conhecidas SPAN 94,107,108 (polianilina sulfonada) e PAPSAH [109][110][111] (polianilina-co-N-ácido propanossulfonico). Através das configurações ilustradas, é fácil notar que a utilização de um material que troque fundamentalmente cátions com a fase eletrolítica apresenta vantagem adicional, pois resulta em baterias de tamanho menor com consequente incremento de todas as suas propriedades específicas 90 .…”

“…Acredita-se que o aumento na quantidade de ânions no filme de PPy/MnO 2 em relação ao PPy se deve aos íons Cl -adsorvidos sobre as partículas de MnO 2 durante a preparação do material. Esse mecanismo proposto implica em uma alteração na concentração do eletrólito, desfavorecendo a utilização do compósito em baterias de alta densidade energética, como discutido anteriormente 90 .…”

Chemical reduction method for industrial application of undoped polypyrrole electrodes in lithium-ion batteries

“…Besides, as it can be repeatedly cycled between different oxidation states, this kind of polymers can be used as a reversible electrode for rechargeable batteries. Therefore, many polymers have been investigated and developed due to their potential industrial applicability in electrodes for rechargeable batteries [8][9][10][11][12][13][14] (as lithium [15][16][17][18][19][20] or lithium-ion batteries [21][22][23][24]). The advantages of using a polymer electrode as cathode are potentially higher specific capacities and lighter and more flexible cells, resulting from the light weight of the polymers.…”