Revista >> Martie 2021 [Nr. 232] >> Cercetare & Invatamant superior

INCDTIM, la originea unei noi clase de materiale organice pentru bateriile litiu-ion

Dr. Cristian Morari, INCDTIM Cluj-Napoca

19 Martie 2021

În contextul dezvoltării de noi materiale pentru obţinerea elementelor active din electrozii pozitivi ai bateriilor cu litiu, studiul sulfonamidelor conjugate (CSA) - publicat în Nature Materials („Conjugated sulfonamides as a class of organic lithium-ion positive electrodes”, DOI: 10.1038/s41563-020-00869-1) sub semnătura unui grup de cercetători de la Universitatea Catolică din Louvain (UCL), Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice şi Moleculare (INCDTIM) Cluj-Napoca și respectiv Universitatea Nantes (Institut des Matériaux Jean Rouxel) - întruneşte componentele esențiale ale unei activități de cercetare încununată de succes.

La modul ideal, o activitate de cercetare reușită în domeniul ştiinţei materialelor trebuie să se bazeze pe trei piloni: primul dintre aceştia este reprezentat de relevanţa subiectului la nivel fundamental, concretizându-se în fabricarea de materiale cu proprietăţi fizice şi/sau fizico-chimice ieşite din comun; al doilea element ar trebui să provină din caracterul robust al metodologiei de fabricare şi să fie reflectat în esenţă prin gradul ridicat de reproductibilitate al acestor proprietăți; nu în ultimul rând, cel de-al treilea element esenţial pentru orice material-candidat la utilizare pe scară largă în industrie îl reprezintă facilitatea metodelor de fabricare, și aici ne referim la utilizarea de materiale relativ ieftine și la procedee de fabricare cât mai simple, care să poată asigura un cost scăzut de fabricaţie a materialului în eventualitatea utilizării acestuia la scară industrială.

Grupul cercetătorilor care au studiat sulfonamidele conjugate au identificat proprietăți cu adevărat remarcabile: în primul rând s-au observat tensiuni de electrod cu valori foarte ridicate (în jurul valorii de 3V) care sunt obţinute prin coordinarea atomilor de litiu la molecule. Mai mult, experimente de voltametrie ciclică realizate până în acest moment indică o robusteţe remarcabilă a acestor compuşi - rămân stabili chiar şi după efectuarea a peste o mie de cicluri redox. În sfârşit, un alt element major de interes este reprezentat de faptul că aceste molecule sunt compuşi organici, cu structură relativ simplă; cu alte cuvinte, sunt materiale care pot fi accesibile pe scară largă și cu care se poate realiza uşor trecerea către aplicaţii industriale.

Rolul INCDTIM
Caracterizarea exhaustivă a unor asemenea compuşi implică o interdisciplinaritare ridicată: activităţile experimentale, și aici includem atât sinteza, cât și caracterizarea structurală şi electrochimică a celor şase compuşi raportaţi, au căzut în responsabilitatea echipelor de la UCL și respectiv de la Universitatea Nantes; în paralel, caracterizarea teoretică a tuturor acestor structuri a fost realizată în totalitate la INCDTIM Cluj-Napoca de către echipa din cadrul Laboratorului de Producere și Testare de Electrozi pentru Baterii a Centrului de Cercetare CETATEA.