陰離子氧化還原化學(xué)是一個(gè)相當(dāng)新的研究領(lǐng)域，可以為開(kāi)發(fā)更高效的鋰離子電池正極材料(例如富鋰的層狀氧化物)鋪平道路。然而，到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陰離子氧化還原化學(xué)方法具有顯著的局限性，例如導(dǎo)致電壓衰減，大的滯后性和緩慢的動(dòng)力學(xué)。

法國(guó)Collège大學(xué)和Sorbonne大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究了這些局限性以及目前阻礙富鋰層狀材料商業(yè)化的總體挑戰(zhàn)。在發(fā)表于《自然能源》上的論文中，研究人員設(shè)計(jì)了新的富鋰層狀硫化物并評(píng)估了它們的性能。

“其中的一項(xiàng)研究是讓研究人員更好地了解阻礙富含鋰層的氧化物商業(yè)化的障礙，這些障礙意味著除了陽(yáng)離子以外還涉及陰離子氧化還原過(guò)程的新范式反應(yīng)性。”告訴TechXplore進(jìn)行了這項(xiàng)研究。“已知陰離子氧化還原參與硫化物已有20多年的歷史，但由于尚未意識(shí)到其可能的優(yōu)勢(shì)，因此從未得到深入研究。”

過(guò)去的大多數(shù)研究旨在主要通過(guò)陽(yáng)離子取代而不改變材料的陰離子，從而更好地理解富含鋰的層狀氧化物。Tarascon和他的同事著手進(jìn)行更徹底的研究，以便更好地了解這些材料的陰離子骨架變化對(duì)它們的性能和整體性能的影響。

Tarascon解釋說(shuō)：“為了獲得有意義的結(jié)果，并使用富鋰氧化物對(duì)硫化物進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，我們使用了相同的實(shí)驗(yàn)方案，其中需要研究電壓滯后，電壓衰減和能效。”

在他們的研究中，Tarascon和他的同事設(shè)計(jì)了新的富鋰層狀硫化物L(fēng)i 1.33 – 2y / 3 Ti 0.67 – y / 3 Fe y S 2。他們發(fā)現(xiàn)，這些硫化物與其他富含鋰的氧化物類(lèi)似物相比具有有利的優(yōu)勢(shì)，其初始循環(huán)不可逆性可忽略不計(jì)，減輕了長(zhǎng)運(yùn)行循環(huán)后的電壓衰減，低電壓滯后和快速動(dòng)力學(xué)。

總體而言，研究人員觀察到，從氧配體轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚺潴w可以減輕與陰離子氧化還原有關(guān)的一些問(wèn)題。但是，取代也有其缺點(diǎn)，因?yàn)樗焕诮档筒牧系难趸€原電位，進(jìn)而降低其能量密度。

Tarascon說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，電壓滯后和電壓衰減在提高能量效率的同時(shí)降低了，這提供了確實(shí)存在解決與富含鋰的層狀氧化物相關(guān)的障礙的解決方案的證據(jù)。” “但是，這樣做的代價(jià)是，由于氧化還原電勢(shì)較低，因此能量密度較低。”

Tarascon和他的同事進(jìn)行的這項(xiàng)研究提供了關(guān)于在富含鋰的層狀硫化物中實(shí)施陰離子氧化還原的優(yōu)缺點(diǎn)的寶貴見(jiàn)解。它收集到的觀察結(jié)果最終可以為具有更高能量效率/密度的新型鋰離子電池正極材料的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

“我們未來(lái)的研究將邁向新的設(shè)計(jì)，豐富的鋰氧化還原活性氧-定向硫化物以增加材料的氧化還原物質(zhì)的電壓，因此它不會(huì)是水分敏感，”塔拉斯說(shuō)。“這將導(dǎo)致硫化氧化合物的開(kāi)發(fā)，該化合物將具有更高的電壓，并且對(duì)水分更穩(wěn)定。”