Nuovo Li

Lo sviluppo di catodi a base di metalli di transizione privi di litio di tipo intercalante e di batterie allo stato solido accoppiate con anodi di litio metallico appare una valida alternativa per superare i limiti di densità energetica affrontati dall'attuale tecnologia ricaricabile agli ioni di litio. Inoltre, è interessante notare che il processo di determinazione della velocità che limita la densità di potenza delle batterie interamente allo stato solido non è più nel componente elettrolitico, ma nella resistenza massima osservata attraverso le tradizionali interfacce catodo/elettrolita di ossido contenenti litio. Pertanto, i catodi privi di litio non solo possono essere abbinati all'anodo di litio metallico per ottenere un'energia specifica più elevata per le batterie interamente a stato solido, ma il loro ripristino offre una soluzione per affrontare la grande resistenza interfacciale causata dalle incompatibilità chimiche tra i tradizionali catodi di ossido e gli elettroliti solforati più ampiamente studiati.

Ancora più importante, l’esplorazione di tali materiali risponderà alle preoccupazioni sulla disponibilità di materie prime causate dall’incremento della produzione di batterie agli ioni di litio. Nello specifico, i catodi commerciali adatti per applicazioni di accumulo di energia su larga scala (ad esempio, veicoli elettrici) che dimostrano un'elevata densità di energia e durata dipendono tutti in una certa misura da Co o Ni. Ciò è preoccupante a causa dei costi elevati, della scarsità e delle catene di approvvigionamento centralizzate/volatili. Pertanto, lo sviluppo e la commercializzazione di catodi privi di litio senza Co e Ni è fondamentale sia per l’industria delle batterie allo stato solido che per quella tradizionale agli ioni di litio.

Recentemente, il Prof. Siqi Shi dell'Università di Shanghai ha identificato una competizione cruciale tra sintonizzazione della tensione e stabilità di fase che era mai stata trascurata nei sistemi catodici. Successivamente hanno proposto una strategia di lega di tipo p che coinvolge tre stadi di evoluzione tensione/fase, di ciascuno dei quali le loro tendenze variabili sono state quantificate da due descrittori migliorati del campo del ligando per bilanciare la contraddizione di cui sopra. Su questa base, è stato progettato un nuovo catodo senza litio di tipo intercalante 2H-V1.75Cr0.25S4, che possedeva una densità di energia record di > 550 Wh kg−1 a livello dell'elettrodo, molto più alta rispetto al metallo di transizione senza litio esistente elettrodi a base di litio (ad esempio, ~500 Wh kg−1 per TiS2) e paragonabili ai tradizionali catodi di ossido contenenti litio. Allo stesso tempo, la progettazione di tali catodi ha attenuato la distribuzione del Li+ all’interfaccia con gli elettroliti solforati, affrontando così le sfide di compatibilità interfacciale dei tradizionali catodi a ossido nelle batterie interamente allo stato solido.

Questo lavoro apre possibilità di personalizzazione dei catodi di solfuro per batterie al litio-metallo interamente a stato solido attraverso l'ingegneria della struttura a banda elettronica, che trasforma radicalmente le visioni accademiche e industriali sulla progettazione degli elettrodi e sul controllo interfacciale ed è fondamentale per le batterie interamente a stato solido la scienza e la chimica catodica affrontano urgentemente la scarsità di risorse Co/Ni.