Hoogleraren van het Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST), Lomonosov Moscow State University en College de France deelden hun visie op het belang van vastestofchemie in de vooruitgang die momenteel wordt verwacht van hedendaagse en toekomstige metaal-ionbatterijen. Het advies is ingediend als een uitgenodigde recensie aan: Natuurcommunicatie .

Metaal-ionbatterijen zijn de belangrijkste drijfveren voor een soepele overgang naar hernieuwbare energiebronnen en groene energie voor een duurzame planeet. De kunstig ontworpen elektrodematerialen hebben in grote mate bijgedragen aan de ontwikkeling van hoogwaardige Li-ion-batterijen die uiteindelijk werden bekroond met de Nobelprijs van 2019, die de rol vastestofchemie had betekend. Een gericht ontwerp van nieuwe metaal-ionbatterijmaterialen om de technologie naar een hoger niveau te tillen, vormt duidelijk een grote uitdaging voor de hedendaagse chemiegemeenschap.

De individuele eigenschappen van atomen en ionen die in het periodiek systeem zijn gecodeerd, samen met de fundamentele trends en principes vermenigvuldigd met verdere niveaus van complexiteit, vormen een veelvoud aan mogelijke combinaties voor wetenschappers om nieuwe batterij-elektroden te vinden. Blijkbaar, de onderzoekers hebben solide richtlijnen nodig bij het doorzoeken van deze enorme parameterruimte naar de beste chemische combinaties en structuren.

De recensie gepubliceerd in Natuurcommunicatie vat en verklaart de fundamentele chemische principes en recepten en bespreekt de recente resultaten die zijn geboekt bij het ontwerp van elektrodematerialen en vaste elektrolyten door het samenspel tussen chemische samenstelling, kristal en elektronische structuur en elektrochemische eigenschappen. De auteurs benadrukten de cruciale rol van geavanceerde methoden:diffractie, beeldvormings- en spectroscopische karakteriseringstechnieken in combinatie met vaste-stofchemische benaderingen voor het verbeteren van batterijmaterialen die opkomende richtingen openen voor verder onderzoek.

Professor Stanislav Fedotov zegt:"In het nabije vooruitzicht, we voorzien meer essentiële ontdekkingen van functionele materialen mogelijk gemaakt door vastestofchemie. Alle studenten en onderzoekers die graag willen bijdragen aan de ontwikkeling van huidige en opkomende technologieën om een ​​betere wereld te maken, zijn van harte welkom om zich in te schrijven voor onze materiaalchemiecursussen die worden gegeven binnen de materiaalkunde Master en Ph.D. programma's bij Skoltech."

Professor Artem Abakumov, directeur van CEST, zegt, "Met deze korte recensie, we hebben aangetoond dat achter schijnbaar toegepast onderzoek gericht op het specifieke product - metaal-ionbatterijen - een schat aan fundamentele wetenschap schuilgaat. Rationeel ontwerp van geavanceerde elektroactieve materialen en vaste elektrolyten voor de toekomstige batterijen vereist een diepgaand begrip van kristalchemie, chemische binding en elektronische structuur van vaste stoffen, ionisch transport, elektrochemie en up-to-date karakteriseringstechnieken gekoppeld aan de brede visie die voortkomt uit de aangrenzende takken van de vastestofchemie. Krachtige computationele methoden voor materiaalontwerp en ontdekking zullen onderzoekers in de nabije toekomst in staat stellen, maar ze moeten hand in hand handelen met de wetenschappelijke wijsheid die wordt gebracht door een veelzijdige vastestofchemiebenadering."