Um estudo recente publicado em Materiais funcionais avançados Introduz um método para estabilizar nanopartículas de índio de gálio eutético (egain) usando um copolímero de enxerto, criando ânodos de auto-cicatrização com melhor desempenho eletroquímico.
A abordagem envolve o enxerto de um polímero fluorinado com canais iônicos em egain, produzindo uma interface estável que suporta o transporte de íons de lítio e impede a re-agregação de partículas.
Crédito da imagem: Sommart Sombutwanitkul/Shutterstock.com
Fundo
Egain é um metallic líquido com propriedades favoráveis para eletrodos de bateria, incluindo alta condutividade, deformabilidade e comportamento de autocura. No entanto, em forma a granel, sofre de instabilidade de forma e expansão de quantity durante o ciclismo. Reduzir a egain para a nanoescala ajuda a acomodar essas mudanças e aumenta a área da superfície, mas a estabilização de nanopartículas continua sendo um desafio.
Esforços anteriores para estabilizar o egain nanopartículas envolveram o revestimento ou incorporá -los em vários polímeros. No entanto, muitos desses polímeros carecem de funcionalidade iônica ou não promovem interação eficaz com íons de lítio, levando a problemas como agregação de partículas, baixa condutividade iônica e estabilidade eletroquímica limitada.
Para melhorar essas limitações, foi introduzido o conceito de polímeros de enxerto com canais iônicos – ionômeros – superfícies de nanopartículas de onto.
Abordagem de síntese
A equipe sintetizou um copolímero de enxerto composto por um spine de PVDF-Trfe, escolhido por sua durabilidade mecânica e resistência química, com segmentos de poliestireno sulfonado (SPs) enxertados para permitir a condutividade iônica.
O PVDF-TRE foi dissolvido em DMSO e misturado com SPS no NMP. A polimerização do enxerto foi iniciada com CUCL e HMteta a 120 ° C e continuou por cinco dias. O materials resultante foi lavado, purificado e seco para produzir um polímero ionicamente condutor com propriedades mecânicas semelhantes a borracha.
As nanopartículas de egain foram criadas by way of sonicação no DMSO contendo o copolímero do enxerto. O polímero adsorveu nas superfícies das nanopartículas, formando uma concha estabilizadora que impedia a agregação. Esse processo produziu partículas de tamanho uniforme (aproximadamente 200 nm) com maior estabilidade e capacidade de resposta eletroquímica.
Resultados e discussão
As nanopartículas de egain estabilizadas mantiveram sua morfologia em 200 ciclos eletroquímicos. A imagem SEM mostrou agregação mínima, enquanto a espectroscopia de raios-X dispersiva em energia confirmou a presença persistente de gálio, índio, enxofre e fluorina, indicando uma interface estável durante o ciclismo.
Testes eletroquímicos demonstraram desempenho aprimorado. Os canais iônicos no copolímero promoveram o transporte de íons de lítio, apoiando alta capacidade e vida útil do ciclo. Meias células de lítio mantiveram 85 % de sua capacidade inicial após 500 ciclos a 0,5 a g-1.
A capacidade atingiu mais de 800 mAh g-1 Em uma baixa densidade de corrente, comparável ou excedendo os materiais tradicionais do ânodo. A capacidade da taxa também foi proeminente, com uma retenção de capacidade de cerca de 45 % em uma alta densidade de corrente de 2,0 a G-1indicando transporte iônico eficiente e estabilidade estrutural robusta.
A natureza de auto-cicatrização do egain ajudou a mitigar a degradação mecânica e a acomodar mudanças de quantity durante o ciclismo. A funcionalidade iônica do copolímero impediu a re-agregação de partículas, contribuindo para a operação estável a longo prazo. Juntos, esses recursos produziram uma estrutura de ânodo flexível e resiliente.
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Conclusão
Este estudo apresenta uma rota promissora para ânodos LIB duráveis e de alta capacidade, combinando a fluxo de egain com um copolímero ionicamente condutor e estabilizador. Os materiais demonstraram ciclismo estável, forte capacidade de taxa e comportamento de autocura.
Trabalhos futuros podem se concentrar em ajustar a composição iônica do copolímero, explorar ionômeros alternativos e integrar os materiais em sistemas de células completas para aplicações práticas.
Referência do diário
Search engine marketing Y., Kim H., et al. (2025). Nanopartículas de metallic líquido estabilizado com copolímero de enxerto para ânodos de auto-cicatrização de bateria de íons de lítio. Materiais funcionais avançados2508062. Doi: 10.1002/adfm.202508062, https://superior.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202508062