Una nueva investigación dirigida por WMG, en la Universidad de Warwick, ha encontrado un enfoque efectivo para reemplazar el grafito en los ánodos de las baterías de iones de litio con silicio, reforzando la estructura del ánodo con vigas de grafeno. Esto podría más que duplicar la vida útil de las pilas recargables.baterías basadas en iones de litio y también aumentan la capacidad entregada por esas baterías.
El grafito ha sido la opción predeterminada de material activo para los ánodos en baterías de iones de litio desde su lanzamiento original por Sony, pero los investigadores y fabricantes han buscado durante mucho tiempo una forma de reemplazar el grafito con silicio, ya que es un elemento abundantemente disponible con diez vecesla densidad de energía gravimétrica del grafito. Desafortunadamente, el silicio tiene varios otros problemas de rendimiento que continúan limitando su explotación comercial. Debido a su expansión de volumen sobre la litiación, las partículas de silicio pueden aglomerarse electroquímicamente de manera que impiden una mayor eficiencia de descarga de carga con el tiempo.no es lo suficientemente intrínsecamente elástico como para hacer frente a la tensión de litiación cuando se carga repetidamente, lo que provoca grietas, pulverización y degradación física rápida de la microestructura compuesta del ánodo. Esto contribuye significativamente a la capacidad de desvanecimiento, junto con los eventos de degradación que ocurren en el contraelectrodo -- el cátodo. Para usar los teléfonos móviles como ejemplo, estoes por eso que tenemos que cargar nuestros teléfonos durante más tiempo, y también es por qué no mantienen su carga durante el tiempo que son nuevos.
Numerosos enfoques han intentado superar estos problemas. El uso de partículas de silicio de tamaño nanométrico / estructurado con grafeno de tamaño micrónico, por ejemplo, pero esto no ha resultado satisfactorio. El uso de partículas de silicio de tamaño nanométrico aumenta drásticamente la cantidad de superficie reactiva disponibleEsto lleva a que se deposite mucho más litio sobre el silicio durante el primer ciclo de carga formando una barrera de interfase de electrolitos sólidos entre el silicio y el electrolito y, por lo tanto, reduciendo en gran medida el inventario de litio y, por lo tanto, la vida útil de la batería. Esta capa también continúa creciendoen el silicio y, por lo tanto, la pérdida de litio se vuelve continua. Otros métodos para incorporar otros materiales como el grafeno en diferentes tamaños se han considerado poco prácticos para luego avanzar a la fabricación a gran escala.
Sin embargo, una nueva investigación, dirigida por la Dra. Melanie Loveridge en WMG en la Universidad de Warwick, descubrió y probó una nueva mezcla anódica de silicio y una forma de grafeno modificado químicamente que podría resolver estos problemas y crear litio anódico de silicio viable.baterías de iones. Tal enfoque podría fabricarse prácticamente a escala industrial y sin la necesidad de recurrir al nano dimensionamiento de silicio y sus problemas asociados. La nueva investigación se acaba de publicar el martes 23 de enero de 2018 Informes científicos en un documento titulado Estudios de impedancia relacionados con la fase en sistemas de electrodos compuestos de grafeno de capas de silicio-pocas capas FLG.
El grafeno es, por supuesto, una sola capa de grafito mineral de un átomo de espesor un alótropo de carbono. Sin embargo, también es posible separar y manipular unas pocas capas conectadas de grafeno, lo que da a los investigadores un material que se conoce como grafeno de pocas capasFLG. Investigaciones anteriores han probado el uso de FLG con silicio de tamaño nanométrico, pero este nuevo estudio ha encontrado que FLG también puede mejorar drásticamente el rendimiento de partículas de silicio de mayor tamaño de micras cuando se usa en un ánodo. Tanto es así que esta mezclapodría extender significativamente la vida útil de las baterías de iones de litio y también ofrecer una mayor capacidad de potencia.
Los investigadores crearon ánodos que eran una mezcla de 60% de partículas de micro silicio, 16% de FLG, 14% de sodio / ácido poliacrílico y 10% de aditivos de carbono, y luego examinaron el rendimiento y los cambios en la estructura del material100 ciclos de carga y descarga.
La Dra. Melanie Loveridge, quien dirigió la investigación y es investigadora principal en WMG en la Universidad de Warwick, dijo :
"Las escamas de FLG se mezclaron en todo el ánodo y actuaron como un conjunto de vigas fuertes, pero relativamente elásticas. Estas escamas de FLG aumentaron la elasticidad y elasticidad del material reduciendo en gran medida el daño causado por la expansión física del siliciodurante la litiación. El grafeno mejora la conductividad eléctrica de largo alcance del ánodo y mantiene una baja resistencia en un compuesto estructuralmente estable ".
"Más importante aún, estos copos de FLG también pueden resultar muy efectivos para preservar el grado de separación entre las partículas de silicio. Cada ciclo de carga de la batería aumenta la posibilidad de que las partículas de silicio se suelden electroquímicamente entre sí. Esta mayor aglomeración reduce y restringe cada vez másEl acceso electrolítico a todas las partículas en la batería e impide la difusión efectiva de los iones de litio, lo que, por supuesto, degrada la vida útil de la batería y la potencia de salida. La presencia de FLG en la mezcla probada por la Universidad WMG de Warwick llevó a los investigadores a plantear la hipótesis de que este fenómeno esaltamente eficaz para mitigar la fusión electroquímica de silicio. Esto ha sido respaldado por investigaciones sistemáticas "
El equipo de investigación de WMG ya ha comenzado a trabajar en este avance tecnológico que incluirá más estudios e investigaciones como parte del proyecto de dos años de punta de lanza de grafeno liderado por Varta Micro-innovations, WMG en la Universidad de Warwick es socio junto con CambridgeUniversidad, CIC, Lithops e IIT Instituto Italiano de Tecnología. El objetivo principal de ese proyecto es avanzar en la producción preindustrial de compuestos de silicio / grafeno y su posterior procesamiento en baterías de iones de litio para alta energía y alta potencia.aplicaciones. Como parte de ese proyecto, WMG en Warwick optimizará la investigación de electrodos, la ampliación y la fabricación de celdas de bolsa de las baterías de iones de litio optimizadas. Y
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Warwick . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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