Un nuevo estudio dirigido por investigadores de NIMS revela que, en electrolitos sólidos, un ánodo de Si compuesto solo por nanopartículas de Si comerciales preparadas por deposición por pulverización, el método es una técnica atmosférica rentable, exhibe un excelente rendimiento del electrodo, que tieneanteriormente se observó solo para electrodos de película preparados mediante procesos de evaporación. Este nuevo resultado sugiere, por lo tanto, que es posible una producción a gran escala y de bajo costo de ánodos de alta capacidad para su uso en baterías de Li de estado sólido.
Si tiene una capacidad teórica de ~ 4,200 mAh / g, que es aproximadamente 11 veces mayor que la del grafito comúnmente utilizado como material activo de ánodo en baterías comerciales de iones de litio. Reemplazar el grafito tradicional por Si puede extender significativamenterango de conducción por carga de vehículos eléctricos. Sin embargo, su gran cambio de volumen ~ 300% durante la litiación y la delitiación carga y descarga dificulta su aplicación práctica en las baterías. En electrolitos líquidos convencionales, es necesario el uso de aglutinantes poliméricospara mantener unidas las partículas de material activo en el electrodo y mantener su adhesión a la superficie de los colectores de corriente de metal. El gran cambio repetido de volumen de Si provoca el aislamiento de partículas y, por lo tanto, conduce a la pérdida del material activo, lo que resulta en una pérdida continua de capacidad.En las celdas de estado sólido, el material activo se coloca entre dos componentes sólidos: la capa separadora de electrolitos sólidos y el colector de corriente de metal, lo que permite unevitación de abordar el problema - aislamiento eléctrico del material activo -.De hecho, según lo informado previamente por el equipo de investigadores de NIMS, las películas de Si puro depositadas por pulverización catódica ofrecen capacidades de área prácticas superiores a 2.2 mAh / cm 2 exhiben una excelente estabilidad de ciclo y capacidades de descarga de alta velocidad en electrolitos sólidos. Sin embargo, la síntesis rentable y escalable industrialmente del ánodo para baterías de Li de estado sólido sigue siendo un gran desafío.
El equipo de investigadores de NIMS ha adoptado otro enfoque de síntesis para desarrollar el ánodo de alto rendimiento para baterías de Li de estado sólido con nanopartículas de Si comerciales, y encontró un fenómeno único para las nanopartículas en la celda de estado sólido: tras la litiación,se someten a expansión de volumen, compactación estructural y coalescencia apreciable en el espacio confinado entre la capa separadora de electrolitos sólidos y el colector de corriente de metal para formar una película continua similar a la preparada por el proceso de evaporación. El ánodo compuesto de nanopartículas preparadas por deposición por aspersión por lo tanto exhibeexcelente rendimiento de los electrodos, que anteriormente se había observado solo para electrodos de película depositados por pulverización catódica. El método de deposición por pulverización es una técnica atmosférica rentable que se puede utilizar para la producción a gran escala. Por lo tanto, los resultados allanarán el camino paracosto y producción a gran escala de ánodos de alta capacidad para su uso en baterías de Li de estado sólido.
Los esfuerzos continuos del equipo de investigadores de NIMS para mejorar la ciclabilidad en el ánodo que tiene la mayor carga de masa areal de nanopartículas están en progreso para cumplir con los requisitos de los vehículos eléctricos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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