Crédito:Saha et al.
La química redox aniónica es un área de investigación bastante nueva que podría allanar el camino para el desarrollo de materiales de cátodos de baterías de iones de litio más eficientes, como los óxidos en capas ricos en Li. Hasta aquí, sin embargo, Se ha descubierto que los enfoques de la química redox aniónica tienen limitaciones significativas, por ejemplo, lo que lleva a un desvanecimiento del voltaje, gran histéresis y cinética lenta.
Investigadores del Collège de France y de la Sorbonne University han llevado a cabo un estudio que investiga estas limitaciones, así como los desafíos generales que actualmente impiden la comercialización de materiales estratificados ricos en Li. En su papel publicado en Energía de la naturaleza , los investigadores diseñaron nuevos sulfuros en capas ricos en Li y evaluaron sus propiedades.
"Este estudio tuvo como objetivo obtener una mejor comprensión de los obstáculos que plagan la comercialización de óxidos ricos en capas que implican un nuevo paradigma de reactividad que involucra procesos redox aniónicos además de catiónicos, "Jean-Marie Tarascon, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "La participación del redox aniónico en sulfuros se conocía desde hace más de 20 años, pero nunca fue estudiado en profundidad, ya que sus posibles ventajas no se realizaron ".
La mayoría de los estudios anteriores tenían como objetivo lograr una mejor comprensión de los óxidos en capas ricos en Li, principalmente a través de sustituciones catiónicas, sin cambiar el anión del material. Tarascon y sus colegas se propusieron realizar una investigación más exhaustiva para comprender mejor los efectos de los cambios en el marco aniónico de estos materiales en sus propiedades y rendimiento general.
"Para obtener resultados significativos y comparar los óxidos ricos en Li con los sulfuros, usamos el mismo protocolo experimental, lo que implica mirar la histéresis de voltaje, caída de voltaje y eficiencia energética, "Tarascon explicó.
En su estudio, Tarascon y sus colegas diseñaron nuevos sulfuros en capas ricos en Li Li 1,33 - 2 años / 3 Ti 0,67 - año / 3 Fe y S 2 . Descubrieron que estos sulfuros se comparaban favorablemente con otros análogos de óxidos ricos en Li con una irreversibilidad del ciclo inicial insignificante, atenuación de voltaje mitigado después de largos ciclos de operación, Histéresis de baja tensión y cinética rápida.
En general, los investigadores observaron que el cambio del ligando de oxígeno al ligando de azufre alivia algunos de los problemas asociados con el redox aniónico. Sin embargo, la sustitución también tiene sus desventajas, ya que penaliza el potencial redox del material y, a su vez, su densidad de energía.
"Descubrimos que tanto la histéresis de voltaje como la caída de voltaje disminuyeron mientras que la eficiencia energética se incrementó, proporcionando evidencia de que existen soluciones para eludir los obstáculos asociados con los óxidos en capas ricos en Li, "Tarascon dijo." Sin embargo, hay un precio por esto, que es una densidad de energía más baja debido a un potencial redox más bajo ".
El estudio llevado a cabo por Tarascon y sus colegas ofrece información valiosa sobre las ventajas y desventajas de implementar redox aniónico en sulfuros en capas ricos en Li. Las observaciones que recopiló podrían, en última instancia, informar el diseño de nuevos materiales de cátodos de baterías de iones de litio con mayores densidades / eficiencias energéticas.
"Nuestra investigación futura se dirigirá al diseño de nuevos materiales de oxisulfuro ricos en litio activos redox para aumentar el voltaje redox del material y para que no sea sensible a la humedad, Tarascon dijo:"Esto conducirá al desarrollo de compuestos oxisulfuros que tendrán un voltaje más alto y serán más estables frente a la humedad".
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