Anionische redoxchemie is een vrij nieuw onderzoeksgebied dat de weg zou kunnen effenen voor de ontwikkeling van efficiëntere kathodematerialen voor lithium-ionbatterijen, zoals Li-rijke gelaagde oxiden. Tot dusver, echter, anionische redoxchemische benaderingen blijken significante beperkingen te hebben, bijvoorbeeld, wat leidt tot spanningsvervaging, grote hysteresis en trage kinetiek.

Onderzoekers van het Collège de France en de Sorbonne University hebben een studie uitgevoerd om deze beperkingen te onderzoeken, evenals algemene uitdagingen die momenteel de commercialisering van Li-rijke gelaagde materialen in de weg staan. In hun krant gepubliceerd in Natuur Energie , de onderzoekers ontwierpen nieuwe Li-rijke gelaagde sulfiden en evalueerden hun eigenschappen.

"Deze studie was gericht op het verkrijgen van een beter begrip van de wegversperringen die de commercialisering van Li-gelaagde-rijke oxiden teisteren die een nieuw paradigma-reactiviteit impliceren waarbij naast kationische ook anionische redox-processen betrokken zijn, "Jean-Marie Tarascon, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "De deelname van de anionische redox aan sulfiden was al meer dan 20 jaar bekend, maar werd nooit diep bestudeerd, omdat de mogelijke voordelen ervan niet werden gerealiseerd."

De meeste eerdere onderzoeken waren gericht op het verkrijgen van een beter begrip van Li-rijke gelaagde oxiden, voornamelijk door kationische substituties, zonder het anion van het materiaal te veranderen. Tarascon en zijn collega's wilden een grondiger onderzoek uitvoeren om de effecten van veranderingen in het anionische raamwerk van deze materialen op hun eigenschappen en algehele prestaties beter te begrijpen.

"Voor het hebben van zinvolle resultaten en om Li-rijke oxiden versus sulfiden te benchmarken, gebruikten we hetzelfde experimentele protocol, wat inhoudt dat we naar de spanningshysterese kijken, spanningsverval en energie-efficiëntie, ' legde Tarascon uit.

In hun studie hebben Tarascon en zijn collega's ontwierpen nieuwe Li-rijke gelaagde sulfiden Li _{1.33 – 2j/3} Ti _{0,67 – y/3} Fe _ja S ₂ . Ze ontdekten dat deze sulfiden gunstig afsteken tegen andere Li-rijke oxide-analogen met een verwaarloosbare initiële cyclusonomkeerbaarheid, verminderde spanningsvervaging na lange bedrijfscycli, laagspanningshysterese en snelle kinetiek.

Algemeen, de onderzoekers merkten op dat de verschuiving van het zuurstofligand naar het zwavelligand enkele van de problemen verlicht die gepaard gaan met anionische redox. Echter, de vervanging heeft ook zijn nadelen, omdat het de redoxpotentiaal van het materiaal en op zijn beurt zijn energiedichtheid benadeelt.

"We ontdekten dat zowel de spanningshysterese als het spanningsverval werd verminderd terwijl de energie-efficiëntie werd verhoogd, het leveren van bewijs dat er oplossingen bestaan ​​om de wegversperringen geassocieerd met Li-rijke gelaagde oxiden te omzeilen, "Zei Tarascon. "Echter, daar hangt een prijs aan vast, dat is een lagere energiedichtheid als gevolg van een lagere redoxpotentiaal."

De studie uitgevoerd door Tarascon en zijn collega's biedt waardevol inzicht in de voor- en nadelen van het implementeren van anionische redox in Li-rijke gelaagde sulfiden. De waarnemingen die het heeft verzameld, kunnen uiteindelijk het ontwerp van nieuwe kathodematerialen voor lithium-ionbatterijen met hogere energie-efficiënties / dichtheden informeren.

"Ons toekomstig onderzoek zal gericht zijn op het ontwerpen van nieuwe redox-actieve Li-rijke oxy-sulfidematerialen om de redoxspanning van het materiaal te verhogen en zodat het niet vochtgevoelig zal zijn, "Zei Tarascon. "Dit zal leiden tot de ontwikkeling van oxy-sulfidenverbindingen die een hogere spanning zullen hebben en stabieler zullen zijn tegen vocht."

© 2019 Wetenschap X Netwerk