L'ossialogenuro meccanochimicamente disordinato sblocca la superconduttività ionica
| Jerry Huang
Nota del redattore: Gli elettroliti solidi sono il componente chiave delle batterie al litio a stato solido (ASSLB). Grazie alla loro intrinseca sicurezza, le batterie a stato solido rappresentano una soluzione di accumulo di energia estremamente interessante, ma il loro sviluppo dipende da progressi significativi nel campo degli elettroliti solidi avanzati. Attualmente sono disponibili tre famiglie principali: elettroliti inorganici (tra cui ossidi, solfuri e alogenuri), elettroliti polimerici organici (più comunemente poliossido di etilene, PEO) e sistemi compositi che integrano i due. Ecco una nuova ricerca del team guidato da Jean-Marie Tarascon al Collège de France . Gli elettroliti solidi inorganici combinano un'elevata conduttività ionica, un'eccellente stabilità termica e un elevato numero di trasporto del Li⁺; per questo motivo stanno attirando un'attenzione sempre maggiore e sono considerati la pietra angolare per lo sviluppo di elettroliti solidi compositi. Esperimenti e calcoli attribuiscono il trasporto superionico al disordine dei dimeri [Ta₂OCl₁₀]²⁻, alla riduzione della barriera di migrazione del Li⁺ e alla maggiore connettività spaziale dei percorsi di diffusione del Li⁺. Le celle complete con elettrolita a doppio strato NMC811 resistono a oltre 700 cicli a 1C, evidenziando al contempo una limitazione pratica di questo materiale: la sua insufficiente stabilità riduttiva, che rende necessaria la protezione interfacciale dell'anodo. Una precedente ricerca del team dell'Accademico Xueliang Sun presso l'Eastern Institute of Technology di Ningbo aveva rivelato un'elevata conduttività ionica utilizzando un altro cristallo, Li3Ta3O4Cl10, nella progettazione ossialogenura. Un ringraziamento a tutti i ricercatori per aver portato alla luce promettenti conduttori superionici nei progetti di batterie a stato solido.
Astratto
Le batterie al litio metallico allo stato solido (ASSB) offrono una strada promettente per superare i limiti di densità energetica della tecnologia convenzionale agli ioni di litio. Tuttavia, la loro commercializzazione è ostacolata dall'instabilità interfacciale, dalla degradazione chimico-meccanica e dalla limitata conduttività ionica degli attuali elettroliti solidi, il che spinge alla ricerca di nuovi conduttori ionici veloci, in particolare tra gli ossialogenuri di litio. In questo lavoro, riportiamo un nuovo ossicloruro di tantalio e litio, Li2Ta2OCl10, sintetizzato tramite un semplice metodo a bassa temperatura. Il materiale cristallizza in una struttura triclina composta da dimeri [Ta2OCl10]2− isolati e presenta una conduttività ionica a temperatura ambiente di 0,002 mS.cm−1. La macinazione a sfere migliora drasticamente il trasporto di Li+, aumentando la conduttività di un fattore 5000 a 11 mS.cm−1 e riducendo l'energia di attivazione da 0,46 a 0,27 eV. Analisi combinate strutturali, spettroscopiche e computazionali rivelano che questo miglioramento ha origine dalla formazione di un sottoreticolo di Li+ altamente disordinato, simile a un liquido. Li2Ta2OCl10 dimostra inoltre una finestra di stabilità di 1,89–3,70 V rispetto a LixIn e consente la realizzazione di batterie a stato solido con bassa polarizzazione ed eccellente ritenzione di capacità (700 cicli a 1C con decadimento inferiore al 20%). Questi risultati stabiliscono Li2Ta2OCl10 come un promettente conduttore superionico ed evidenziano la famiglia Li–M–O–Cl come un fertile spazio di progettazione per gli elettroliti solidi di prossima generazione.
Riferimenti
https://doi.org/10.1002/aenm.71736
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt9678