Los usuarios de las instalaciones del Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) de la División de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne y Advanced Photon Source (APS) sintetizaron nuevas nanopartículas huecas de óxido de hierro con una alta concentración de defectos. y la Universidad de Chicago, trabajando en colaboración con el CNM NanoBio Interfaces Group. También se desarrolló un nuevo concepto de fabricación de electrodos basado en el sellado de nanopartículas entre capas de nanotubos de carbono puro. Cuando este nuevo electrodo se utilizó como cátodo, las vacantes de hierro inherentes permitieron un rendimiento significativamente mayor en una batería de iones de litio.

Los electrodos convencionales basados ​​en nanopartículas se desvanecen rápidamente debido a la mala conectividad entre las nanopartículas y el colector de corriente. Los nuevos electrodos permiten la intercalación de iones de litio reversible, lo que resultó en una alta capacidad y eficiencia, rendimiento de tasa superior, y excelente estabilidad (sin desvanecimiento durante más de 500 ciclos). Este resultado demuestra que la morfología de los nanomateriales es fundamental para el desarrollo de baterías de iones de litio.

En el CNM, gamma-Fe hueco ₂ O ₃ Las nanopartículas se sintetizaron con cuatro veces más vacantes de cationes que las nanopartículas sólidas o el material a granel. La fabricación de electrodos novedosos implicó sellar las nanopartículas entre capas de nanotubos de carbono de múltiples paredes puros sin aglutinantes ni aditivos. Los estudios electroquímicos revelaron una alta capacidad (132 mAh / ga 2,5 V), 99,7% de eficiencia Coulombic, rendimiento de velocidad superior (133 mAh / ga 3000 mA / g), y excelente estabilidad. En el APS, La transformación estructural in situ de las nanopartículas mediante técnicas de absorción y difracción de rayos X de sincrotrón proporcionó una comprensión clara de los procesos del litio durante el ciclo electroquímico.