Løsning af de forhindringer, der forhindrer kommercialiseringen af ​​lithiumrige lagdelte sulfider

Anionisk redoxkemi er et ret nyt forskningsområde, der kan bane vejen for udviklingen af ​​mere effektive lithium-ion-batteri katodematerialer såsom Li-rige lagdelte oxider. Indtil nu, imidlertid, anioniske redox kemi tilgange har vist sig at have betydelige begrænsninger, for eksempel, fører til spændingsfade, stor hysterese og træg kinetik.

Forskere ved Collège de France og Sorbonne University har udført en undersøgelse, der undersøger disse begrænsninger, samt overordnede udfordringer, der i øjeblikket forhindrer kommercialiseringen af ​​Li-rige lagdelte materialer. I deres papir, udgivet i Naturenergi , forskerne designet nye Li-rige lagdelte sulfider og evaluerede deres egenskaber.

"Denne undersøgelse var rettet mod at opnå en bedre forståelse af de vejspærringer, der plager kommercialiseringen af ​​Li-lagrige oxider, der implicerer en ny paradigme-reaktivitet, der involverer anionisk redoxproces ud over kationiske processer, " Jean-Marie Tarascon, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Den anioniske redoxs deltagelse i sulfider har været kendt i mere end 20 år, men blev aldrig dybt studeret, da dens mulige fordele ikke blev realiseret."

De fleste tidligere undersøgelser havde til formål at opnå en bedre forståelse af Li-rige lagdelte oxider, primært gennem kationiske substitutioner, uden at ændre materialets anion. Tarascon og hans kolleger satte sig for at udføre en mere grundig undersøgelse for bedre at forstå virkningerne af ændringer i disse materialers anioniske struktur på deres egenskaber og overordnede ydeevne.

"For at have meningsfulde resultater og for at benchmarke Li-rige oxider vs. sulfider brugte vi den samme eksperimentelle protokol, som indebærer at se på spændingshysteresen, spændingsfald og energieffektivitet, " forklarede Tarascon.

I deres undersøgelse, Tarascon og hans kolleger designede nye Li-rige lagdelte sulfider Li _{1,33 – 2y/3} Ti _{0,67 – y/3} Fe _y S ₂ . De fandt ud af, at disse sulfider sammenlignet positivt med andre Li-rige oxidanaloger med en ubetydelig indledende cyklus-irreversibilitet, afdæmpet spændingsfade efter lange driftscyklusser, lavspændingshysterese og hurtig kinetik.

Samlet set, forskerne observerede, at skift fra oxygenliganden til svovlliganden lindrer nogle af problemerne forbundet med anionisk redox. Imidlertid, substitutionen har også sine ulemper, da det straffer materialets redoxpotentiale og til gengæld dets energitæthed.

"Vi fandt ud af, at spændingshysterese såvel som spændingsfald blev reduceret, mens energieffektiviteten blev øget, at give bevis for, at der findes løsninger til at omgå vejspærringerne forbundet med Li-rige lagdelte oxider, " sagde Tarascon. "Men, der er en pris for dette hvilket er en lavere energitæthed på grund af et lavere redoxpotentiale."

Undersøgelsen udført af Tarascon og hans kolleger giver værdifuld indsigt om fordele og ulemper ved at implementere anionisk redox i Li-rige lagdelte sulfider. De observationer, den indsamlede, kunne i sidste ende informere designet af nye lithium-ion-batteri katodematerialer med højere energieffektivitet/densiteter.

"Vores fremtidige forskning vil være rettet mod at designe nye redoxaktive Li-rige oxysulfidmaterialer til at øge materialets redoxspænding og så det ikke bliver fugtfølsomt, " sagde Tarascon. "Dette vil føre til udviklingen af ​​oxysulfidforbindelser, der vil have en højere spænding og vil være mere stabile mod fugt."

© 2019 Science X Network