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El nuevo material de ánodo de óxido de silicio genera baterías de ión de litio de alta energía
Jan 10, 2019

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Figura 1: Microesferas YOx @ Shell SiOx / C con recubrimiento de carbono semigrafítico en las superficies exteriores e interiores para un almacenamiento duradero de litio.

 

El auge de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala ha aumentado la importancia de la densidad de energía de los LIBs. Las LIB requieren nuevos materiales de electrodos con mayor capacidad y buen potencial de trabajo. Recientemente, investigadores del grupo de Liqiang Mai de la Universidad de Tecnología de Wuhan en China han desarrollado un nuevo material de ánodo basado en óxidos de silicio (SiO x ), que promete baterías de ión litio de alta energía (LIBs) [Liu et al., Energy Storage Materiales (2018), doi: org / 10.1016 / j.ensm.2018.10.011]. El silicio (Si) ha atraído un interés significativo como el material alternativo principal debido a la alta capacidad teórica (4200 mA hg -1 ) y las reservas abundantes. "En comparación con el Si, el SiO x posee un costo de producción mucho menor y un menor cambio de volumen, y es considerado como" uno de los ánodos más prometedores para las LIBs ", dice el profesor Liqiang Mai, el autor correspondiente de este estudio.

Los investigadores diseñaron creativamente un ánodo SiO x / C estructurado con yolk @ shell con recubrimientos de carbono semigrafíticos en las superficies exteriores e interiores (SiO x / C-CVD) a través del proceso sol-gel, grabado selectivo y deposición química de vapor, tal como está como se muestra en la Figura 1. El compuesto de SiO x / C-CVD preparado como se muestra demuestra una alta capacidad reversible (1165 mA hg -1 a 100 mA g -1 ), así como una excelente durabilidad (972 mA hg -1 después de 500 ciclos a 500 mA g -1 ). "Los materiales de electrodos estructurados tradicionales de yolk @ shell ampliamente estudiados en baterías de iones de litio a menudo sufren un colapso estructural durante el ciclo debido al delgado espesor de las conchas. En este trabajo, se utilizó el proceso de deposición química de vapor (CVD) para recubrir la estructura de yolk @ shell SiO x / C con carbono semigrafítico tanto en la superficie exterior como en la interior ", dice el profesor Huiming Cheng, académico de la Academia de Ciencias de China." El recubrimiento de carbono derivado de la CVD no solo mejora la estabilidad estructural sino que también aumenta significativamente la Conductividad eléctrica, lo que contribuye al excelente rendimiento electroquímico del ánodo SiO x / C ". Además, las celdas completas de SiO x / C-CVD // LiCoO 2 muestran una alta densidad de energía de ~ 428 Wh kg -1 con un comportamiento de ciclo estable. Sin recubrimiento de carbono semi-grafítico, la cáscara de las microesferas SiO x / C estructuradas de yolk @ shell se colapsa completamente después de 150 ciclos de descarga-carga profunda. Por el contrario, la estructura de yolk @ shell de SiO x / C-CVD se mantuvo intacta después de 150 ciclos, lo que indica que las capas de recubrimiento de carbono semi-grafítico desempeñan un papel importante en la amortiguación del cambio de volumen de SiO x , mejorando la integridad estructural e induciendo La formación de la película estable de SEI.

“Se sabe que los materiales a base de óxido de silicio son candidatos prometedores para los ánodos LIB y el ánodo SiO x / C-CVD que se informa en este trabajo es un caso típico. Además, la estrategia de diseño de yolk @ shell recubierta con CVD-carbono propuesta por el grupo de Mai se puede extender a otros materiales de ánodo de alta capacidad, que tienen una mala conductividad eléctrica y grandes variaciones de volumen, para lograr la optimización del rendimiento electroquímico ", dice el profesor. Qiang Zhang, en la Universidad de Tsinghua, China.