O nano-composto de carbono duro cria ânodo de bateria de alto desempenho

À medida que a demanda continua a crescer para baterias capazes de carregamento ultra-rápido e alta densidade de energia em vários setores-de veículos elétricos a sistemas de armazenamento de energia em larga escala (ESS)-uma equipe de pesquisa conjunta da Postech (Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang) e o Instituto de Pesquisa de Energia da Coréia (Kier) desenvolveu um promissor materials de anodo de geração que pode atender às necessidades. A pesquisa é publicado no diário ACS Nano.

Enquanto grafite, o materials de ânodo mais comum em Baterias de íon de lítio (LIBS), oferece estabilidade estrutural robusta, é limitada por sua baixa capacidade teórica e taxas de carga/descarga lentas. Para superar essas limitações, os pesquisadores propuseram um novo projeto de eletrodo que combina carbono duro com estanho (SN).

Carbono duro é um materials de carbono desordenado com uma abundância de microporos e vias, facilitando a difusão rápida do lítio e íons de sódio. Essa estrutura permite o armazenamento de alta energia e a robustez mecânica, tornando-a ultimate para aplicações de alta taxa e longa vida.

No entanto, a incorporação de Tin apresentou outro desafio. Quanto menores as partículas de estanho, mais efetivamente a expansão problemática do quantity durante o ciclismo é reduzida, aumentando a estabilidade geral. Infelizmente, o baixo ponto de fusão de TiN (~ 230 ° C) dificulta a sintetização de partículas finas. A equipe de pesquisa abordou esse problema usando um processo sol-gel seguido de redução térmica, incorporando com sucesso as nanopartículas de estanho sub-10 nm distribuídas uniformemente na matriz de carbono duro.

A estrutura composta resultante exibe sinergia funcional além da simples mistura física. As nanopartículas de lata não apenas atuam como materiais ativos, mas também servem como catalisadores que promovem a cristalização do carbono duro circundante. Durante o ciclo eletroquímico, a formação reversível de ligações SN -O contribui para aumentar a capacidade da bateria por meio de reações de conversão.

O eletrodo de engenharia demonstrou excelente desempenho em células de íons de lítio, mantendo operação estável em 1.500 ciclos com condições de carregamento rápido de 20 minutos, obtendo uma densidade volumétrica de energia volumétrica 1,5 vezes maior em comparação aos ânodos de grafite convencionais. Essa conquista representa uma integração bem -sucedida de alta potência, alta energia e longa vida útil em um eletrodo.

Notavelmente, o eletrodo também mostra excelente desempenho em baterias de íons de sódio (SIBs). Os íons de sódio geralmente exibem baixa reatividade com materiais de ânodo convencionais, como grafite ou silício. No entanto, a estrutura nano-composta de carbono duro-tin mantém excelente estabilidade e cinética rápida em ambientes de sódio, destacando sua versatilidade em várias plataformas de bateria.

O Professor Soojin Park, do Postech, declarou: “Esta pesquisa representa um novo marco no desenvolvimento de baterias de alta geração de alto desempenho e é promissor para aplicações em veículos elétricossistemas híbridos e ess em escala de grade. “

O Dr. Gyujin Track of Kier acrescentou: “A realização de um ânodo com poder, estabilidade e densidade de energia simultaneamente de alta potência, juntamente com sua compatibilidade com sistemas de íons de sódio, marca um ponto de virada no mercado de baterias recarregáveis”.

Este trabalho foi conduzido pelo professor Soojin Park, Dr. Sungho Choi e Dr. Dong-Yeob Han no Postech, em colaboração com o Dr. Gyujin Track em Kier.