კონვერტაციის-ტიპის ანოდის მასალები ძირითადად მოიცავს ლითონის ოქსიდებს, ფოსფიდებს, სულფიდებს და ნიტრიდებს. ელექტროქიმიურ პროცესებში ეს მასალები ხელს უწყობს წარმოქმნას ან დაშლასლითიუმის ნაერთებილითონების შემცირების ან დაჟანგვის რეაქციების მეშვეობით. იმის გამო, რომ მათ შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ მრავალ-ელექტრონული რედოქს პროცესებში, ამ მასალებზე დაფუძნებული ანოდები აჩვენებენ შექცევად სიმძლავრეს 1000 mA·bg-მდე.
FeOₓ
მათი დაბალი ღირებულების, შედარებით დაბალი ტოქსიკურობის, უხვი ბუნებრივი რეზერვებისა და განსაკუთრებით მაღალი თეორიული სპეციფიკური სიმძლავრის გამო, რკინის ოქსიდის მასალები ფართოდ იქნა შესწავლილი, როგორც ლითიუმის-იონური ბატარეების ანოდური მასალები. ჩვეულებრივი რკინის ოქსიდის ნაერთები მოიცავს -Fe2O3, -Fe2O3 და Fe3O4. ეს ნაერთები აჩვენებენ თეორიულ სპეციფიკურ სიმძლავრეებს, შესაბამისად, დაახლოებით 1007 mA·h/g და 926 mA·h/g. თუმცა, რკინის ოქსიდი ბევრ პრობლემას აწყდება პრაქტიკული გამოყენებისას. ელექტრონის/იონის ტრანსპორტირების ნელი კინეტიკა და მოცულობის ძლიერი გაფართოება/შეკუმშვა განმეორებითი დატენვა-გამონადენი პროცესების დროს იწვევს ტევადობის სწრაფ დაშლას და რკინის ოქსიდის ელექტროდების ცუდი სიჩქარის შესრულებას. გარდა ამისა, ნაყარი რკინის ოქსიდის მასალებს აქვთ არსებითად დაბალი ელექტრული გამტარობა. ამ საკითხების გადასაჭრელად მკვლევარებმა ძირითადად მიიღეს სტრატეგიები, როგორიცაა მორფოლოგია და სტრუქტურის კონტროლი, ნახშირბადის საფარი და კომპოზიციური მასალების აგება მაღალი გამტარ სუბსტრატებით. ეს მიდგომები ხშირად აღწევენ სინერგიულ ეფექტს მრავალი სტრატეგიის კომბინაციით და მიღწეულია გარკვეული პროგრესი.
CoOₓ
კობალტის ოქსიდები (CoOₓ), როგორიცაა Co₃O4 და CoO, ასევე ფართოდ იქნა შესწავლილი, როგორც ანოდური მასალები ლითიუმის-იონური ბატარეებისთვის მათი მაღალი თეორიული სპეციფიკური სიმძლავრის გამო. რკინის ოქსიდების მსგავსად, CoOₓ განიცდის იგივე გამოწვევებს: დიდი მოცულობის ცვლილებები დატენვა-განმუხტვის პროცესში, ცუდი შინაგანი ელექტრული გამტარობა და ნელი რეაქციის კინეტიკა, რაც იწვევს სიმძლავრის სწრაფ დაშლას და ცუდი ციკლის სტაბილურობას. გუანი და სხვ. სინთეზირებული ცალმხრივი-მერვე ფაზის-ნანოდისკები Co₃O4, ჟანგბადის გამოყენებით, როგორც რეაქციის წინამორბედს. ამ ნანოდისკებს ჰქონდათ ნაწილაკების ზომა 100-200 ნმ და აწვდიდნენ შექცევად სპეციფიკურ სიმძლავრეს დაახლოებით 474 mA·h/g მაღალი დენის სიმკვრივის ციკლის დროს. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ მორფოლოგია და ნაწილაკების ზომა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს CoOₓ-ის ელექტროქიმიურ მუშაობაზე. ვანგი და სხვ. მომზადებული Co₃O4 ნანონემსები, რომლებიც გაიზარდა პირდაპირ ტიტანის სუბსტრატზე ჰიდროთერმული მეთოდის გამოყენებით. ეს ნანონემსები არა მხოლოდ აჩვენებდნენ შესანიშნავ ელექტრულ კონტაქტს მიმდინარე კოლექტორთან, არამედ ეფექტურად აფერხებდნენ მოცულობის გაფართოებას. 0.2C ტემპერატურაზე 30 ციკლის შემდეგ, მათ კვლავ შეინარჩუნეს მაღალი შექცევადი სიმძლავრე 1015 mA·h/g.
ორი ან მეტი კომპონენტისგან შემდგარი CoOₓ კომპოზიციური სისტემებისთვის, კომპონენტებს შორის სინერგიული ეფექტი შეიძლება კიდევ უფრო გააუმჯობესოს საერთო ელექტროქიმიური მოქმედება. მაგალითად, კობალტის ოქსიდის შერწყმა უაღრესად გამტარ ნახშირბადის-დაფუძნებულ მასალებთან ან სხვა ლითონის ოქსიდებთან შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს სიჩქარის შესრულება და ციკლის სტაბილურობა. ამან გამოიწვია ამ სფეროში კომპოზიციური სისტემების დიზაინისა და განვითარებისადმი ყურადღების გამახვილება.
ZnO
თუთიის ოქსიდმა ასევე მიიპყრო დიდი ყურადღება, როგორც ანოდის მასალა ლითიუმის-იონური ბატარეებისთვის მისი შედარებით მაღალი თეორიული სპეციფიკური სიმძლავრის, დაბალი ღირებულების, მომზადების სიმარტივის და მრავალფეროვანი მორფოლოგიის გამო. ZnO რეაგირებს ლითიუმთან შენადნობის (Li-Zn შენადნობის წარმოქმნის) და გარდაქმნის (ფორმირება Li2O) მექანიზმით. მისი თეორიული სპეციფიკური სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს 978 mA·h/g, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება გრაფიტის ანოდებს. თუმცა, თუთიის ოქსიდს განიცდის ცუდი ელექტრული გამტარობა, მოცულობის ძლიერი გაფართოება/შეკუმშვა განმეორებითი დატენვა-გამონადენი ციკლების დროს და დიდი რაოდენობით არააქტიური Li2O-ს წარმოქმნა ველოსიპედის დროს. ეს ფაქტორები იწვევს სიმძლავრის სწრაფ დაშლას, ცუდი სიჩქარის შესრულებას და ZnO ელექტროდების მოკლე ციკლის სიცოცხლეს. ამ საკითხების გადასაჭრელად მკვლევარებმა ძირითადად მიიღეს ისეთი სტრატეგიები, როგორიცაა მორფოლოგია და სტრუქტურის კონტროლი, ნახშირბადის საფარი, დოპინგი ჰეტეროატომებით და ZnO-დაფუძნებული კომპოზიტების შექმნა მაღალი გამტარ სუბსტრატებით. ეს მეთოდები ხშირად აღწევენ ლითიუმის შენახვის უკეთეს ეფექტურობას მრავალი მოდიფიკაციის სტრატეგიის კომბინაციით და ზოგიერთი ლითონის ცინატის ნაერთი ასევე ავლენს შესანიშნავი ელექტროქიმიურ შესრულებას.
4. MPₓ
ბოლო წლებში მეტალის ფოსფიდებმა ასევე მიიპყრეს ფართო ყურადღება ლითიუმის-იონური ბატარეებისთვის ანოდური მასალების გამოყენებისას. ეს ნაერთები, როგორც წესი, რეაგირებენ ლითიუმთან კონვერტაციის მექანიზმის მეშვეობით და ხშირად აქვთ ძალიან მაღალი თეორიული სპეციფიური შესაძლებლობები ფორმულის ერთეულზე ელექტრონის გადაცემის მრავალ-რეაქციის გამო. თუმცა, ისინი ძირითადად განიცდიან დიდი მოცულობის გაფართოებას ლითიაციის/დელიტიაციის დროს, რაც იწვევს პულვერიზაციას და ელექტრული კონტაქტის დაკარგვას აქტიურ ნაწილაკებსა და მიმდინარე კოლექტორს შორის, რაც მკვეთრად ზღუდავს მათ პრაქტიკულ გამოყენებას.
მათ შორის ბოლო წლებში ინტენსიურად იქნა შესწავლილი რკინის, კობალტის, ნიკელის და სპილენძის-ფოსფიდები. მაგალითად, რკინის ფოსფიდების გათვალისწინებით, მათი თეორიული სპეციფიკური სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს 500-1800 mA·h/g. გარდა ამისა, მეტალის ფოსფიდები, როგორც წესი, ავლენენ ლითიუმის შენახვის უფრო მაღალ ძაბვებს (ჩვეულებრივ 0,5–1 V vs. Li⁺/Li), ვიდრე ლითონის ოქსიდები და ლითონის სულფიდები, რაც ხელს უწყობს ლითიუმის დენდრიტის წარმოქმნის რისკის შემცირებას სწრაფი დატენვის დროს. უფრო მეტიც, ლითონის ფოსფიდები ზოგადად აჩვენებენ უფრო მაღალ ელექტრულ გამტარობას, ვიდრე შესაბამისი ლითონის ოქსიდები, რაც სასარგებლოა სიჩქარის მუშაობის გასაუმჯობესებლად. ამრიგად, ლითონის ფოსფიდის ნანოსტრუქტურების და მათი კომპოზიტების რაციონალური დიზაინი ნახშირბადის{10}}დაფუძნებული მასალებით გახდა მნიშვნელოვანი კვლევის მიმართულება ამ სფეროში. მაგალითები მოიცავს Ni2P, NiP2, NiP3, Ni5P4, CoP, Co2P, CoP3, FeP, FeP2, Cu3P და ა.შ. ყველა ამ ნაერთმა აჩვენა ლითიუმის შესანახი შესანიშნავი ეფექტურობა კვლევაში, რაც აჩვენებს დიდ პოტენციალს პრაქტიკული გამოყენებისთვის. Ni2P და Li-Ni-P სამ ნაერთებს შეუძლიათ მიაღწიონ ლითიუმის ულტრასწრაფ-იონთა ინტერკალაციის/დეინტერკალაციის რეაქციებს მათი უნიკალური სტრუქტურისა და მაღალი ელექტრული გამტარობის გამო.