Anodni materijali tipa konverzije{0}} uglavnom uključuju metalne okside, fosfide, sulfide i nitride. U elektrohemijskim procesima, ovi materijali potiču nastanak ili razgradnjujedinjenja litijumakroz reakcije redukcije ili oksidacije metala. Budući da mogu učestvovati u multi-redoks procesima elektrona, anode zasnovane na ovim materijalima pokazuju reverzibilne kapacitete do 1000 mA·bg.
FeOₓ
Zbog niske cijene, relativno niske toksičnosti, obilnih prirodnih rezervi i posebno visokog teoretskog specifičnog kapaciteta, materijali od željeznog oksida su opsežno proučavani kao anodni materijali za litijum{0}}ionske baterije. Uobičajena jedinjenja oksida gvožđa uključuju -Fe₂O₃, -Fe₂O₃ i Fe₃O₄. Ova jedinjenja pokazuju teorijske specifične kapacitete od približno 1007 mA·h/g i 926 mA·h/g, respektivno. Međutim, željezni oksid se suočava sa mnogim problemima tokom praktične primjene. Spora kinetika transporta elektrona/jona i ozbiljno proširenje/kontrakcija zapremine tokom ponovljenih procesa punjenja-pražnjenja dovode do brzog opadanja kapaciteta i loše performanse elektroda od željeznog oksida. Osim toga, rasuti materijali željeznog oksida imaju inherentno nisku električnu provodljivost. Da bi se pozabavili ovim problemima, istraživači su uglavnom usvojili strategije kao što su kontrola morfologije i strukture, karbonski premaz i konstrukcija kompozitnih materijala sa visoko provodljivim supstratima. Ovi pristupi često postižu sinergijske efekte kombinacijom više strategija i postignut je određeni napredak.
CoOₓ
Kobalt oksidi (CoOₓ), kao što su Co₃O₄ i CoO, također su široko proučavani kao anodni materijali za litijum{0}}ionske baterije zbog njihovog visokog teoretskog specifičnog kapaciteta. Kao i oksidi gvožđa, CoOₓ pati od istih izazova: velike promene zapremine tokom procesa punjenja-pražnjenja, slaba intrinzična električna provodljivost i spora kinetika reakcije, što rezultira brzim opadanjem kapaciteta i lošom stabilnošću ciklusa. Guan et al. sintetizirali jedno-fazne osmo-strane Co₃O₄ nanodiskove koristeći kiseonik kao prethodnik reakcije. Ovi nanodiskovi su imali veličinu čestica od 100-200 nm i isporučili su reverzibilni specifični kapacitet od približno 474 mA·h/g kada se kruže pri visokoj gustini struje. Ovaj rezultat ukazuje da morfologija i veličina čestica imaju značajan uticaj na elektrohemijske performanse CoOₓ. Wang et al. pripremljene nanoigle Co₃O₄ uzgojene direktno na titanijumskoj podlozi hidrotermalnom metodom. Ove nanoigle ne samo da su pokazale odličan električni kontakt sa kolektorom struje, već su i efikasno ublažile proširenje zapremine. Nakon 30 ciklusa na 0,2C, i dalje su zadržali visok reverzibilni kapacitet od 1015 mA·h/g.
Za CoOₓ kompozitne sisteme sastavljene od dvije ili više komponenti, sinergijski efekat između komponenti može dodatno poboljšati ukupne elektrohemijske performanse. Na primjer, kombinacija kobalt oksida sa visoko provodljivim materijalima na bazi ugljika-ili drugim metalnim oksidima može značajno poboljšati performanse brzine i stabilnost ciklusa. To je dovelo do sve veće pažnje prema dizajnu i razvoju kompozitnih sistema u ovoj oblasti.
ZnO
Cink oksid je također privukao veliku pažnju kao anodni materijal za litijum{0}}ionske baterije zbog svog relativno visokog teoretskog specifičnog kapaciteta, niske cijene, lakoće pripreme i različitih morfologija. ZnO reaguje sa litijumom kroz kombinovani mehanizam legiranja (formiranje legure Li–Zn) i konverzije (formiranje Li₂O). Njegov teoretski specifični kapacitet može doseći 978 mA·h/g, što je znatno više od grafitnih anoda. Međutim, cink oksid pati od loše električne provodljivosti, jakog proširenja/kontrakcije zapremine tokom ponovljenih ciklusa punjenja-pražnjenja i stvaranja velikih količina neaktivnog Li₂O tokom ciklusa. Ovi faktori dovode do brzog opadanja kapaciteta, loše performanse brzine i kratkog ciklusa trajanja ZnO elektroda. Da bi se pozabavili ovim problemima, istraživači su uglavnom usvojili strategije kao što su kontrola morfologije i strukture, oblaganje ugljikom, dopiranje heteroatomima i konstruiranje kompozita na bazi ZnO- sa visoko provodljivim supstratima. Ove metode često postižu bolje performanse skladištenja litijuma kombinovanjem višestrukih strategija modifikacije, a neka jedinjenja metalnog cinkata takođe pokazuju odlične elektrohemijske performanse.
4. MPₓ
Metalni fosfidi su također privukli široku pažnju u primjeni anodnih materijala za litijum{0}}ionske baterije posljednjih godina. Ova jedinjenja generalno reaguju sa litijumom kroz mehanizam konverzije i često imaju veoma visoke teorijske specifične kapacitete zbog više- reakcija prenosa elektrona po jedinici formule. Međutim, oni generalno pate od ekspanzije velikog volumena tokom litiranja/delitacije, što dovodi do usitnjavanja i gubitka električnog kontakta između aktivnih čestica i strujnog kolektora, što ozbiljno ograničava njihovu praktičnu primjenu.
Među njima, fosfidi na bazi željeza, kobalta, nikla i bakra{0}}intenzivno se proučavaju posljednjih godina. Uzimajući za primjer željezne fosfide, njihovi teoretski specifični kapaciteti mogu doseći 500–1800 mA·h/g. Dodatno, metalni fosfidi generalno pokazuju veće napone skladištenja litijuma (obično 0,5–1 V u odnosu na Li⁺/Li) od metalnih oksida i metalnih sulfida, što pomaže u smanjenju rizika od formiranja litijum dendrita tokom brzog punjenja. Štaviše, metalni fosfidi općenito pokazuju veću električnu provodljivost od odgovarajućih metalnih oksida, što je korisno za poboljšanje performansi brzine. Stoga je racionalno dizajniranje nanostruktura metalnih fosfida i njihovih kompozita s materijalima na bazi ugljika{10}} postalo važan smjer istraživanja u ovoj oblasti. Primeri uključuju Ni₂P, NiP₂, NiP₃, Ni₅P₄, CoP, Co₂P, CoP₃, FeP, FeP₂, Cu₃P, itd. Sva ova jedinjenja su pokazala odlične performanse skladištenja litijuma u istraživanju, pokazujući veliki potencijal za praktičnu primenu. Ni₂P i Li–Ni–P ternarna jedinjenja mogu čak postići ultrabrze reakcije interkalacije/deinterkalacije litijum{14}}iona zbog svoje jedinstvene strukture i visoke električne provodljivosti.