La chimica redox anionica è un'area di ricerca abbastanza nuova che potrebbe aprire la strada allo sviluppo di materiali catodici per batterie agli ioni di litio più efficienti come gli ossidi stratificati ricchi di litio. Finora, però, È stato scoperto che gli approcci della chimica redox anionica hanno limitazioni significative, ad esempio, portando alla diminuzione della tensione, grande isteresi e cinetica lenta.

I ricercatori del Collège de France e dell'Università della Sorbona hanno condotto uno studio per indagare su queste limitazioni, così come le sfide complessive che attualmente impediscono la commercializzazione di materiali stratificati ricchi di litio. Nella loro carta, pubblicato in Energia della natura , i ricercatori hanno progettato nuovi solfuri stratificati ricchi di litio e ne hanno valutato le proprietà.

"Questo studio aveva lo scopo di ottenere una migliore comprensione dei blocchi stradali che affliggono la commercializzazione di ossidi ricchi di strati di Li che implicano una nuova reattività di paradigma che coinvolge il processo redox anionico oltre a quelli cationici, "Jean-Marie Tarascon, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "La partecipazione del redox anionico nei solfuri era nota da più di 20 anni, ma non fu mai studiato a fondo, in quanto i suoi possibili vantaggi non sono stati realizzati."

La maggior parte degli studi passati mirava a ottenere una migliore comprensione degli ossidi stratificati ricchi di litio, principalmente attraverso sostituzioni cationiche, senza modificare l'anione del materiale. Tarascon e i suoi colleghi hanno deciso di condurre un'indagine più approfondita per comprendere meglio gli effetti dei cambiamenti nella struttura anionica di questi materiali sulle loro proprietà e prestazioni complessive.

"Per avere risultati significativi e per confrontare gli ossidi ricchi di litio rispetto ai solfuri abbiamo usato lo stesso protocollo sperimentale, che comporta guardare l'isteresi di tensione, decadimento di tensione ed efficienza energetica, "Spiega Tarascona.

Nel loro studio, Tarascon e i suoi colleghi hanno progettato nuovi solfuri stratificati ricchi di litio Li _{1.33 – 2a/3} Ti _{0,67 – a/3} Fe _sì S ₂ . Hanno scoperto che questi solfuri si confrontavano favorevolmente con altri analoghi di ossido ricchi di litio con un'irreversibilità del ciclo iniziale trascurabile, attenuazione della tensione attenuata dopo lunghi cicli di funzionamento, isteresi a bassa tensione e cinetica veloce.

Globale, i ricercatori hanno osservato che il passaggio dal ligando dell'ossigeno al ligando dello zolfo allevia alcuni dei problemi associati al redox anionico. Però, la sostituzione ha anche i suoi svantaggi, in quanto penalizza il potenziale redox del materiale ea sua volta la sua densità energetica.

"Abbiamo scoperto che l'isteresi di tensione e il decadimento della tensione sono diminuiti mentre l'efficienza energetica è stata aumentata, fornendo prove che esistono soluzioni per aggirare i blocchi stradali associati agli ossidi stratificati ricchi di litio, " ha detto Tarascon. "Tuttavia, c'è un prezzo per questo, che è una densità di energia inferiore a causa di un potenziale redox inferiore."

Lo studio condotto da Tarascon e dai suoi colleghi offre preziose informazioni sui vantaggi e gli svantaggi dell'implementazione dell'ossidoriduzione anionica nei solfuri stratificati ricchi di litio. Le osservazioni raccolte potrebbero in definitiva informare la progettazione di nuovi materiali catodici per batterie agli ioni di litio con maggiore efficienza energetica/densità.

"La nostra ricerca futura sarà diretta alla progettazione di nuovi materiali ossi-solfuro ricchi di litio redox-attivi per aumentare la tensione redox del materiale e in modo che non sia sensibile all'umidità, "Ha detto Tarascon. "Questo porterà allo sviluppo di composti di ossi-solfuri che avranno un voltaggio più elevato e saranno più stabili contro l'umidità".

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