Nova Li

O desenvolvimento de cátodos baseados em metais de transição isentos de Li do tipo intercalação e baterias de estado sólido emparelhadas com ânodo de Li-metal parece uma alternativa viável para superar as limitações de densidade de energia enfrentadas pela atual tecnologia recarregável de íons de lítio. Além disso, é digno de nota que o processo de determinação de taxa que limita a densidade de energia de baterias totalmente em estado sólido não está mais no componente eletrólito, mas na resistência máxima observada nas interfaces cátodo/eletrólito de óxido contendo Li tradicional. Assim, os cátodos sem Li não só podem ser combinados com o ânodo de Li-metal para alcançar uma energia específica mais alta para baterias totalmente em estado sólido, seu renascimento oferece uma solução para abordar a grande resistência interfacial causada por incompatibilidades químicas entre os cátodos de óxido tradicionais e os eletrólitos de sulfeto mais amplamente estudados.

Mais importante ainda, a exploração de tais materiais também aborda as preocupações sobre a disponibilidade de matéria-prima causada pelo aumento na produção de baterias de íons de lítio. Especificamente, cátodos comerciais adequados para aplicações de armazenamento de energia em grande escala (por exemplo, veículos elétricos) que demonstram alta densidade de energia e vida útil são todos dependentes de Co ou Ni até certo ponto. Isso é preocupante devido aos seus altos custos, escassez e cadeias de suprimentos centralizadas/voláteis. Portanto, o desenvolvimento e a comercialização de cátodos livres de Li, sem Co e Ni, são críticos tanto para as baterias de estado sólido quanto para a indústria tradicional de baterias de íon-lítio.

Recentemente, o Prof. Siqi Shi, da Universidade de Xangai, identificou uma competição crucial de ajuste de tensão/estabilidade de fase que sempre foi negligenciada nos sistemas de cátodo. Eles propuseram uma estratégia de liga do tipo p envolvendo três estágios de evolução de tensão/fase, de cada qual suas tendências variadas foram quantificadas por dois descritores de campo de ligante aprimorados para equilibrar a contradição acima. Com base nisso, um novo cátodo livre de lítio tipo intercalação 2H-V1.75Cr0.25S4 foi projetado, que possuía uma densidade de energia recorde de > 550 Wh kg-1 no nível do eletrodo, muito maior do que o metal de transição livre de lítio existente (por exemplo, ~500 Wh kg−1 para TiS2) e comparável aos cátodos de óxido contendo Li tradicionais. Simultaneamente, o design desses cátodos suavizou a distribuição de Li+ na interface com eletrólitos de sulfeto, abordando assim os desafios de compatibilidade interfacial dos cátodos de óxido tradicionais em baterias totalmente em estado sólido.

Este trabalho abre possibilidades para a personalização de cátodos de sulfeto para baterias de Li-metal totalmente em estado sólido por meio da engenharia de estrutura de banda eletrônica, que transforma radicalmente as visões acadêmicas e industriais sobre projeto de eletrodos e controle interfacial, e é fundamental para baterias totalmente em estado sólido ciência e química de cátodo abordando urgentemente a escassez de recursos de Co/Ni.