Redox aniónico electroquímico reversible en baterías de iones multivalentes recargables

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones multivalentes recargables ofrecen una alta capacidad, pero carecen de materiales catódicos adecuados para una intercalación de iones eficiente.
• Las fases cristalinas de chevrel son materiales catódicos raros que pueden intercalar de manera reversible los cationes multivalentes.
• La falta de reglas de diseño dificulta el desarrollo de electrodos de intercalación multivalente estables.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de almacenamiento de carga en los electrodos de fase chevrel durante la intercalación de cationes multivalentes.
• Identificar los principios de diseño para nuevos electrodos de intercalación que faciliten la inserción de cationes multivalentes.

Principales métodos:

• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido (RMN)
• Mediciones de la absorción de rayos X del sincrotrón cerca de la estructura del borde (XANES)
• Operando la difracción de rayos X sincrotrón
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT)

Principales resultados:

• Los electrones se transfieren selectivamente al marco de calcógeno aniónico tras la intercalación de cationes.
• Los octaedros de metal de transición (Mo) permanecen inactivos redox durante el proceso.
• Se produce un mecanismo aniónico redox electroquímico reversible sin ruptura de enlaces químicos.

Conclusiones:

• El almacenamiento de carga en las fases de chevrel implica redox aniónico reversible, distinto de los típicos electrodos basados en metales de transición.
• La comprensión de este mecanismo proporciona principios de diseño para cátodos avanzados de baterías de iones multivalentes.
• Este trabajo allana el camino para el desarrollo de nuevos electrodos de intercalación para el almacenamiento eficiente de cationes multivalentes.