Tlenki warstwowe bogate w lit (Li) i mangan (Mn), znane jako LMR (ang. Lithium- and Manganese-Rich), są atrakcyjnymi kandydatami na materiały katodowe w akumulatorach litowo-metalowych lub litowo-jonowych ze względu na ich wyjątkowo wysoką pojemność właściwą. Wynika ona z udziału zarówno kationowych, jak i anionowych procesów redoks.

Niestety, udział anionowych procesów redoks (czyli utleniania i redukcji tlenu) nieuchronnie prowadzi do spadku pojemności i napięcia ogniwa oraz sprzyja powstawaniu przebudowanych struktur warstw powierzchniowych. Choć wpływ reakcji redoks tlenu w objętości materiału na formowanie tych warstw był badany, mniej wiadomo o odwrotnej zależności — czyli o tym, jak konkretne przebudowane powierzchniowo warstwy mogą wpływać na reakcje redoks tlenu oraz procesy elektrochemiczne w ogniwach zawierających LMR.

W niniejszym badaniu przeprowadzono porównawczą analizę zależności między ewolucją warstw  powierzchniowych, reakcjami redoks tlenu a retencją pojemności akumulatora. Przedstawione dane pokazują, że podczas pracy ogniwa na powierzchni cząstek powstają pary redoks Mn/Co o niskim potencjale, które z jednej strony zwiększają zdolność magazynowania ładunku, ale z drugiej przyczyniają się do rozpuszczania metali przejściowych (TM, transition metals).

Wyjaśniono również, że awaria ogniw z LMR (tzw. rollover failure) jest napędzana przez tworzenie się warstw powierzchniowych zawierających lit, które przyczyniają się do wzrostu oporu wewnętrznego oraz pogorszenia parametrów kinetycznych ogniwa – mimo że elektrochemiczne właściwości katod nie ulegają pogorszeniu.

Wyniki pokazują także, że stabilność powierzchni elektrod LMR — którą można modyfikować za pomocą dodatków do elektrolitu — jest kluczowym parametrem. Może ona nie tylko stabilizować procesy redoks tlenu w objętości materiału oraz pary redoks metali przejściowych o niskim potencjale, ale również poprawiać ogólną stabilność akumulatorów litowo-metalowych wykorzystujących katody z warstwowych tlenków bogatych w lit i mangan. Jako taki dodatek może być stosowana sól LiTDI (4,5-dicyjano-2-(trifluorometylo)imidazolan litu), która została zsyntezowana na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej. Praca powstała w ramach Projektu LIDER (NCBiR), którego kierownikiem był dr inż. Andrzej Kulka z Akademii Górniczo-Hutniczej. Politechnika Warszawska brała udział w Projekcie jako Partner.