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  • Electrodo de óxido de silicio de tamaño nanométrico para baterías de iones de litio de próxima generación

    Prueba de baterías de iones de litio. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne / Flickr

    El mercado de las baterías de iones de litio ha crecido de manera constante y ha estado buscando un enfoque para aumentar la capacidad de la batería y, al mismo tiempo, conservar su capacidad para un proceso de recarga prolongado.

    Se sabe que la estructuración de materiales para electrodos a una escala de longitud nanométrica es una forma eficaz de satisfacer esta demanda; sin embargo, Estos nanomateriales esencialmente tendrían que producirse mediante un procesamiento de alto rendimiento para transferir estas tecnologías a la industria.

    Un artículo publicado en el Ciencia y tecnología de materiales avanzados informa un enfoque que potencialmente tiene altos rendimientos compatibles industrialmente para producir polvos compuestos a base de silicio de tamaño nanométrico como un fuerte candidato para el electrodo negativo de las baterías de iones de litio de alta densidad de próxima generación.

    Los autores han producido con éxito polvos nanocompuestos de SiO mediante deposición física de vapor por pulverización de plasma utilizando polvos de grado metalúrgico de bajo costo con altos rendimientos. Usando este método, demostraron una mejora explícita en el rendimiento del ciclo de capacidad de la batería con estos polvos como electrodo.

    La singularidad de este método de procesamiento es que los compuestos de SiO nanométricos se producen instantáneamente a través de la evaporación y la subsiguiente co-condensación de la materia prima en polvo. El método se denomina deposición física de vapor por pulverización de plasma (PS-PVD). En la figura 1, Se muestran los compuestos de SiO crudo y PS-PVD SiO.

    Figura 1. Imágenes de microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM) del SiO (a) en bruto, polvo pulverizado con plasma (PS-PVD) con adición de CH4 (C / Si =1) (b) y su mayor aumento Copyright:Sci. Technol. Adv. Mater. Vol. 15 (2014) pág. 025006 (Figura 2)

    Los compuestos son partículas de 20 nm, que se componen de un núcleo de Si cristalino y una cáscara de SiOx. Es más, la adición de metano (CH4) promueve la reducción de SiO y da como resultado una disminución del grosor de la capa de SiO, como se muestra en la Fig. 2. La estructura núcleo-capa se forma en un procesamiento continuo de un solo paso.

    Fig. 2. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución de los compuestos de núcleo de PS-PVD Si y capa de SiOx procesados ​​(a) sin y (b) con 1,1 slm de adición de gas metano (CH4). El CH4 promueve la reducción de SiO y disminuye la capacidad irreversible asociada con la formación de Li – O. Crédito:Sci. Technol. Adv. Mater. Vol. 15 (2014) pág. 025006 (Figura 4)

    Como resultado, la capacidad irreversible se redujo efectivamente, y las baterías de media celda fabricadas con polvos de PS-PVD han mostrado una eficiencia inicial mejorada y un mantenimiento de la capacidad de hasta 1000 mAhg −1 después de 100 ciclos al mismo tiempo.


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