Os materiais ánodos de tipo{0}}conversión inclúen principalmente óxidos metálicos, fosfuros, sulfuros e nitruros. Nos procesos electroquímicos, estes materiais favorecen a formación ou descomposición decompostos de litiomediante as reaccións de redución ou oxidación dos metais. Debido a que poden participar en procesos redox multi-electrónicos, os ánodos baseados nestes materiais presentan capacidades reversibles de ata 1000 mA·bg.
FeOₓ
Debido ao seu baixo custo, a súa toxicidade relativamente baixa, as abundantes reservas naturais e, especialmente, a súa alta capacidade específica teórica, os materiais de óxido de ferro foron moi estudados como materiais de ánodo para baterías de iones de litio-. Os compostos de óxido de ferro comúns inclúen -Fe₂O₃, -Fe₂O₃ e Fe₃O₄. Estes compostos presentan capacidades específicas teóricas de aproximadamente 1007 mA·h/g e 926 mA·h/g, respectivamente. Non obstante, o óxido de ferro enfróntase a moitos problemas durante a aplicación práctica. A lenta cinética do transporte de electróns/ións e a severa expansión/contracción do volume durante os procesos de carga-descarga repetidos conducen a unha rápida diminución da capacidade e a un mal rendemento dos electrodos de óxido de ferro. Ademais, os materiais de óxido de ferro a granel teñen unha condutividade eléctrica inherentemente baixa. Para abordar estes problemas, os investigadores adoptaron principalmente estratexias como o control da morfoloxía e a estrutura, o revestimento de carbono e a construción de materiais compostos con substratos altamente condutores. Estes enfoques adoitan conseguir efectos sinérxicos mediante unha combinación de múltiples estratexias, e producíronse algúns avances.
CoOₓ
Os óxidos de cobalto (CoOₓ), como o Co₃O₄ e o CoO, tamén foron amplamente estudados como materiais de ánodo para baterías de iones de litio- debido ás súas altas capacidades específicas teóricas. Do mesmo xeito que os óxidos de ferro, o CoOₓ sofre os mesmos desafíos: grandes cambios de volume durante o proceso de carga-descarga, unha condutividade eléctrica intrínseca deficiente e unha cinética de reacción lenta, o que provoca un rápido descenso da capacidade e unha escasa estabilidade do ciclo. Guan et al. sintetizou nanodiscos de Co₃O₄ de oito-fase monofásicos usando osíxeno como precursor da reacción. Estes nanodiscos tiñan un tamaño de partícula de 100-200 nm e entregaban unha capacidade específica reversible de aproximadamente 474 mA·h/g cando se ciclaban a alta densidade de corrente. Este resultado indica que a morfoloxía e o tamaño das partículas teñen un impacto significativo no rendemento electroquímico do CoOₓ. Wang et al. preparou nanoagujas de Co₃O₄ cultivadas directamente sobre un substrato de titanio mediante un método hidrotermal. Estas nanoneedles non só mostraron un excelente contacto eléctrico co colector de corrente, senón que tamén amortiguaron eficazmente a expansión do volume. Despois de 30 ciclos a 0,2 C, aínda mantiveron unha alta capacidade reversible de 1015 mA·h/g.
Para os sistemas compostos de CoOₓ compostos por dous ou máis compoñentes, o efecto sinérxico entre os compoñentes pode mellorar aínda máis o rendemento electroquímico global. Por exemplo, a combinación de óxido de cobalto con materiais altamente condutores a base de carbono-ou outros óxidos metálicos pode mellorar significativamente o rendemento da velocidade e a estabilidade do ciclo. Isto levou a unha maior atención cara ao deseño e desenvolvemento de sistemas compostos neste campo.
ZnO
O óxido de zinc tamén atraeu moita atención como material de ánodo para baterías de iones de litio- debido á súa capacidade específica teórica relativamente alta, ao seu baixo custo, á súa facilidade de preparación e ás súas diversas morfoloxías. O ZnO reacciona co litio mediante un mecanismo combinado de aliaxe (formando a aliaxe Li-Zn) e conversión (formando Li₂O). A súa capacidade específica teórica pode alcanzar os 978 mA·h/g, que é significativamente superior á dos ánodos de grafito. Non obstante, o óxido de cinc sofre unha condutividade eléctrica deficiente, unha expansión/contracción severa de volume durante ciclos repetidos de carga-descarga e a xeración de grandes cantidades de Li₂O inactivo durante o ciclo. Estes factores conducen a un rápido descenso da capacidade, un rendemento deficiente da velocidade e un ciclo de vida curto dos electrodos de ZnO. Para abordar estes problemas, os investigadores adoptaron principalmente estratexias como o control da morfoloxía e a estrutura, o revestimento de carbono, o dopado con heteroátomos e a construción de compostos baseados en ZnO-con substratos altamente condutores. Estes métodos adoitan conseguir un mellor rendemento de almacenamento de litio combinando múltiples estratexias de modificación, e algúns compostos de zincato metálico tamén presentan un excelente rendemento electroquímico.
4. MPₓ
Os fosfuros metálicos tamén atraeron a atención ampla na aplicación de materiais de ánodo para baterías de iones de litio{0}}nos últimos anos. Estes compostos xeralmente reaccionan co litio mediante un mecanismo de conversión e a miúdo teñen capacidades específicas teóricas moi elevadas debido ás reaccións de transferencia de multi-electróns por unidade de fórmula. Non obstante, xeralmente sofren unha gran expansión de volume durante a litiación/delitización, o que leva á pulverización e á perda de contacto eléctrico entre as partículas activas e o colector de corrente, o que limita severamente a súa aplicación práctica.
Entre eles, os fosfuros baseados en ferro, cobalto, níquel e cobre-estudáronse intensamente nos últimos anos. Tomando como exemplo os fosfuros de ferro, as súas capacidades específicas teóricas poden alcanzar os 500–1800 mA·h/g. Ademais, os fosfuros metálicos xeralmente presentan tensións de almacenamento de litio máis altas (normalmente 0,5–1 V fronte a Li⁺/Li) que os óxidos metálicos e os sulfuros metálicos, o que axuda a reducir o risco de formación de dendritas de litio durante a carga rápida. Ademais, os fosfuros metálicos xeralmente presentan unha condutividade eléctrica maior que os correspondentes óxidos metálicos, o que é beneficioso para mellorar o rendemento da taxa. Polo tanto, o deseño racional de nanoestruturas de fosfuro metálico e os seus compostos con materiais baseados en carbono-convértese nunha importante dirección de investigación neste campo. Os exemplos inclúen Ni₂P, NiP₂, NiP₃, Ni₅P₄, CoP, Co₂P, CoP₃, FeP, FeP₂, Cu₃P, etc. Todos estes compostos demostraron un excelente rendemento de almacenamento de litio na investigación, mostrando un gran potencial de aplicación práctica. Os compostos ternarios Ni₂P e Li–Ni–P poden incluso conseguir reaccións ultrarrápidas de intercalación/desintercalación de ións de litio- debido ás súas estruturas únicas e á súa elevada condutividade eléctrica.