Investigadores de la Universidad Tecnológica de Toyohashi han fabricado con éxito un fosfuro de estaño Sn sin aglutinante 4 P 3Electrodo de película compuesta / carbono C para baterías de iones de litio mediante deposición de aerosol.El sn 4 P 3 / Las partículas de C se solidificaron directamente sobre un sustrato metálico mediante la consolidación de impacto, sin aplicar un aglutinante. La estabilidad del ciclo de carga y descarga mejoró tanto con el carbono complejo como con la ventana de potencial eléctrico controlado para la extracción de litio. Este hallazgo podría ayudar a obtener iones de litio avanzadosbaterías de mayor capacidad.
Las baterías de iones de litio Li-ion se usan ampliamente como fuente de energía en dispositivos electrónicos portátiles. Recientemente han atraído una atención considerable debido a su potencial para ser empleadas a gran escala como fuente de energía para vehículos eléctricos e híbridos enchufables.vehículos eléctricos y como sistemas estacionarios de almacenamiento de energía para energía renovable. Para realizar baterías avanzadas de iones de litio con mayor densidad de energía, se requieren materiales anódicos con mayor capacidad. Aunque algunas aleaciones de Li como Li-Si y Li-Sn, cuya capacidad teóricaes mucho más alto que el de grafito capacidad gravimétrica teórica = 372 mAh / g, se han estudiado ampliamente, generalmente dan como resultado una estabilidad de ciclo pobre debido a la gran variación en el volumen durante las reacciones de carga y descarga.
fosfuro de estaño Sn 4 P 3 capacidad gravimétrica teórica = 1255 mAh / g con estructura en capas, generalmente utilizada como material de ánodo a base de aleación de alta capacidad para baterías de iones de litio, tiene un potencial de operación promedio de? 0.5 V vs. Li / Li + . Los informes indican que la complejación de materiales de carbono con Sn nanoestructurado 4 P 3 las partículas mejoran significativamente la estabilidad del ciclo. En general, los electrodos utilizados en las baterías se fabrican recubriendo una suspensión que comprende materiales activos de electrodos, aditivos conductores de carbono y aglutinantes en láminas metálicas. Para el carbono complejado con Sn 4 P 3 Sn 4 P 3 / C ánodos como los reportados en la literatura, la fracción en peso de los materiales activos en un electrodo se reduce en aproximadamente 60 a 70% debido al uso de cantidades significativas de aditivos conductores y aglutinantes para lograr un ciclo estable.En consecuencia, la capacidad específica gravimétrica por peso de electrodo incluidas las de aditivos y aglutinantes de carbono conductores disminuye significativamente.
Investigadores del Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica, Universidad de Tecnología de Toyohashi, han fabricado con éxito un Sn sin aglutinante 4 P 3 / C electrodo de película compuesta para ánodos de batería de iones de litio mediante deposición de aerosol AD. En este proceso, el Sn 4 P 3 las partículas se complejan con negro de acetileno usando un método simple de molienda de bolas; el Sn obtenido 4 P 3 Las partículas / C se solidifican directamente en un sustrato metálico mediante la consolidación de impacto sin agregar ningún otro aditivo conductor o aglutinante. Este método permite mejorar la fracción de Sn 4 P 3 en el compuesto por encima del 80%. Además, se reduce el cambio estructural del electrodo compuesto y se mejora la estabilidad del ciclo tanto para el carbono complejo como para la ventana de potencial eléctrico controlado para la reacción de extracción de litio. El Sn 4 P 3 / La película compuesta C fabricada por el proceso AD mantiene capacidades gravimétricas de aproximadamente 730 mAh g -1 , 500 mAh g -1 y 400 mAh g -1 a 100 th , 200 th y 400 th ciclos, respectivamente.
Se cita al primer autor Toki Moritaka diciendo: "Aunque optimizar las condiciones de deposición fue difícil, la información útil sobre la mejora de la estabilidad en el ciclismo del Sn 4 P 3 se obtuvo un electrodo de película compuesta de / C fabricado por el proceso AD. El carbono complejado funciona no solo como un amortiguador para suprimir el colapso de los electrodos causado por la gran variación en el volumen de Sn 4 P 3 , pero también como una ruta de conducción electrónica entre las partículas de material activo atomizado en el compuesto ".
"Este proceso es un medio eficaz para aumentar el valor de capacidad por peso de electrodo. Creemos que hay margen para mejorar el rendimiento electroquímico por el tamaño y el contenido del carbono en Sn 4 P 3 / C utilizado en la fabricación de películas compuestas por el proceso AD. Ahora estamos tratando de optimizar el contenido de carbono complejo y aumentar el espesor de la película compuesta ", cita el profesor asociado Ryoji Inada.
Los resultados de este estudio pueden contribuir a la realización de baterías avanzadas de iones de litio de mayor capacidad. Además, porque no solo el Li sino el Na también se pueden almacenar y extraer del Sn 4 P 3 mediante reacciones similares de aleación y desasignación, el Sn 4 P 3 el electrodo puede emplearse en baterías de iones de Na de próxima generación a costos mucho más bajos.
Agencia de financiación:
Este trabajo fue parcialmente apoyado por Grant-in-Aids for Scientific Research Grant No. 16K06218 y 16KK0127 de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia JSPS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Toyohashi . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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