Anjonisk redoxkemi är ett ganska nytt forskningsområde som skulle kunna bana väg för utvecklingen av mer effektiva katodmaterial för litiumjonbatterier såsom Li-rika skiktade oxider. Än så länge, dock, anjonisk redoxkemi har visat sig ha betydande begränsningar, till exempel, leder till spänningsavklingning, stor hysteres och trög kinetik.

Forskare vid Collège de France och Sorbonne University har genomfört en studie som undersöker dessa begränsningar, såväl som övergripande utmaningar som för närvarande hindrar kommersialiseringen av Li-rika skiktade material. I deras tidning, publiceras i Naturenergi , forskarna designade nya Li-rika skiktade sulfider och utvärderade deras egenskaper.

"Denna studie syftade till att få en bättre förståelse för de vägspärrar som plågar kommersialiseringen av Li-lagerrika oxider som implicerar en ny paradigmreaktivitet som involverar anjonisk redoxprocess förutom katjoniska, " Jean-Marie Tarascon, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore. "Den anjoniska redoxens deltagande i sulfider var känt i mer än 20 år, men studerades aldrig djupt, eftersom dess möjliga fördelar inte insågs."

De flesta tidigare studier syftade till att uppnå en bättre förståelse av Li-rika skiktade oxider, främst genom katjoniska substitutioner, utan att ändra materialets anjon. Tarascon och hans kollegor satte sig för att genomföra en mer grundlig undersökning för att bättre förstå effekterna av förändringar i det anjoniska ramverket för dessa material på deras egenskaper och övergripande prestanda.

"För att ha meningsfulla resultat och för att jämföra Li-rika oxider kontra sulfider använde vi samma experimentella protokoll, vilket innebär att titta på spänningshysteresen, spänningsavfall och energieffektivitet, " förklarade Tarascon.

I deras studie, Tarascon och hans kollegor designade nya Li-rika skiktade sulfider Li _{1,33 – 2y/3} Ti _{0,67 – y/3} Fe _y S ₂ . De fann att dessa sulfider jämfördes positivt med andra Li-rika oxidanaloger med en försumbar initial cykel-irreversibilitet, dämpad spänningsavklingning efter långa driftscykler, lågspänningshysteres och snabb kinetik.

Övergripande, forskarna observerade att byte från syreliganden till svavelliganden lindrar några av problemen som är förknippade med anjonisk redox. Dock, substitutionen har också sina nackdelar, eftersom det straffar materialets redoxpotential och i sin tur dess energitäthet.

"Vi fann att spänningshysteres såväl som spänningsavklingning minskade samtidigt som energieffektiviteten ökade, tillhandahålla bevis på att lösningar för att kringgå vägspärrarna förknippade med Li-rika skiktade oxider finns, " sa Tarascon. "Men, det finns ett pris för detta, vilket är en lägre energitäthet på grund av en lägre redoxpotential."

Studien utförd av Tarascon och hans kollegor ger värdefull insikt om fördelarna och nackdelarna med att implementera anjonisk redox i Li-rika skiktade sulfider. Observationerna som den samlade in kunde i slutändan informera om designen av nya litiumjonbatteri-katodmaterial med högre energieffektivitet/densiteter.

"Vår framtida forskning kommer att inriktas på att designa nya redoxaktiva Li-rika oxisulfidmaterial för att öka materialets redoxspänning och så att det inte blir fuktkänsligt, ", sa Tarascon. "Detta kommer att leda till utvecklingen av oxisulfidföreningar som kommer att ha en högre spänning och kommer att vara mer stabila mot fukt."

© 2019 Science X Network