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Surmonter les obstacles empêchant la commercialisation de sulfures en couches riches en lithium

Surmonter les obstacles empêchant la commercialisation de sulfures en couches riches en Li

Crédit: Saha et al.

La chimie redox anionique est un domaine de recherche assez nouveau qui pourrait ouvrir la voie au développement de matériaux de cathode de batterie lithium-ion plus efficaces tels que les oxydes en couches riches en Li. Jusqu'à présent, cependant, les approches de la chimie redox anionique se sont avérées avoir des limitations importantes, par exemple, conduisant à un fondu de tension, une grande hystérésis et une cinétique lente.

Des chercheurs du Collège de France et de l'Université de la Sorbonne ont mené une étude sur ces limites, ainsi que sur les défis globaux qui empêchent actuellement la commercialisation de matériaux stratifiés riches en Li. Dans leur journal, Publié dans Nature Energy, les chercheurs ont conçu de nouveaux sulfures en couches riches en Li et évalué leurs propriétés.

"Cette étude visait à mieux comprendre les obstacles à la commercialisation des oxydes riches en couches qui impliquent un nouveau paradigme de réactivité impliquant un processus redox anionique en plus des processus cationiques", Jean-Marie Tarascon, l'un des chercheurs qui réalisé l'étude, a déclaré TechXplore. "La participation du redox anionique dans les sulfures était connue depuis plus de 20 ans, mais n'a jamais été étudiée en profondeur, car ses avantages potentiels n'ont pas été réalisés."

La plupart des études antérieures visaient à mieux comprendre les oxydes en couches riches en Li, principalement par le biais de substitutions cationiques, sans changer l'anion du matériau. Tarascon et ses collègues ont entrepris de mener une enquête plus approfondie afin de mieux comprendre les effets des changements dans le cadre anionique de ces matériaux sur leurs propriétés et leurs performances globales.

"Pour avoir des résultats significatifs et pour comparer les oxydes riches en Li aux sulfures, nous avons utilisé le même protocole expérimental, ce qui implique d'examiner l'hystérésis de tension, la décroissance de la tension et l'efficacité énergétique", a expliqué Tarascon.

Dans leur étude, Tarascon et ses collègues ont conçu de nouveaux sulfures en couches riches en Li Li1,33 – 2 ans / 3Ti0,67 – y / 3FeyS2. Ils ont constaté que ces sulfures se comparaient favorablement à d'autres riches en Li oxyde analogues avec une irréversibilité du cycle initial négligeable, une atténuation du fondu de tension après de longs cycles de fonctionnement, une hystérésis basse tension et une cinétique rapide.

Dans l'ensemble, les chercheurs ont observé que le passage du ligand d'oxygène au ligand de soufre atténue certains des problèmes associés à l'oxydoréduction anionique. Cependant, la substitution a également ses inconvénients, car elle pénalise le potentiel redox du matériau et à son tour sa densité d'énergie.

"Nous avons constaté que l'hystérésis de tension ainsi que la baisse de tension diminuaient efficacité énergétique a été augmentée, fournissant des preuves que des solutions pour contourner les barrages routiers associés aux oxydes en couches riches en Li existent », a déclaré Tarascon." Cependant, il y a un prix à cela, qui est une densité d'énergie inférieure en raison d'un potentiel redox plus faible. "

L'étude réalisée par Tarascon et ses collègues offre un aperçu précieux sur les avantages et les inconvénients de la mise en œuvre de l'oxydoréduction anionique dans les sulfures en couches riches en Li. Les observations qu'il a recueillies pourraient en fin de compte éclairer la conception de nouveaux matériaux de cathode pour batterie au lithium-ion avec des rendements énergétiques / densités plus élevés.

"Nos recherches futures seront orientées vers la conception de nouveaux oxy-sulfure matériaux pour augmenter la redox tension du matériau et de sorte qu'il ne sera pas sensible à l'humidité ", a déclaré Tarascon." Cela conduira au développement de composés oxy-sulfures qui auront un plus haut Tension et sera plus stable contre l'humidité. "


Les chercheurs améliorent les performances du matériau cathodique en contrôlant l'activité de l'oxygène


Plus d'information:
Sujoy Saha et al. Explorer les goulots d'étranglement du redox anionique dans les sulfures en couches riches en Li, Nature Energy (2019). DOI: 10.1038 / s41560-019-0493-0

© 2019 Science X Network

Citation:
                                                 Surmonter les obstacles empêchant la commercialisation de sulfures en couches riches en lithium (6 décembre 2019)
                                                 récupéré le 7 décembre 2019
                                                 à partir de https://techxplore.com/news/2019-12-obstacles-commercialization-lithium-rich-layered-sulfides.html

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