Las baterías de iones de litio (LIB) son dispositivos de almacenamiento de energía ventajosos debido a su mayor densidad de energía específica, baja autodescarga, y menor efecto memoria. Entre los componentes de las baterías, Los materiales de los electrodos juegan un papel clave en la mejora de las propiedades electroquímicas. Por lo tanto, El desarrollo de materiales de electrodos avanzados para LIB de alto rendimiento es un objetivo importante en los campos de investigación relacionados.

Nanomateriales bidimensionales (2-D), incluido el grafeno, nanohojas de óxido de metal de transición (TMO), nanohojas de dicalcogenuro de metal de transición (TMD), etc., están compuestos por una o varias monocapas de átomos (o celdas unitarias). Tienen excelentes propiedades físicas y químicas en contraste con sus contrapartes a granel. La integración de nanomateriales 2-D con dispositivos de almacenamiento de energía podría superar los principales desafíos impulsados ​​por la creciente demanda mundial de energía. Desafortunadamente, el uso directo de estos materiales en forma de láminas es un desafío debido a una grave tendencia a la autoaglomeración, conductividad relativamente baja, y cambios de volumen obvios durante ciclos repetidos de carga y descarga.

En un nuevo artículo de revisión publicado en Revista Nacional de Ciencias , Científicos de Australia de la Universidad de Tecnología de Queensland y la Universidad de Wollongong resumieron los avances recientes en las estrategias para mejorar el rendimiento del almacenamiento de litio de los nanomateriales 2-D. Se espera que estas estrategias para manipular las estructuras y propiedades respondan a los principales desafíos de los nanomateriales avanzados en aplicaciones de almacenamiento de energía. Los coautores Jun Mei, Yuanwen Zhang, Ting Liao, Ziqi Sun y Shi Xue Dou identificaron tres estrategias principales:hibridación con materiales conductores, funcionalización de superficie / borde, y optimización estructural.

"La estrategia de hibridación es la más común para los nanocompuestos basados ​​en TMO / TMD, en el que algunas nanoestructuras conductoras, p.ej. nanocarbono, nanotubos de carbono (CNT), grafeno polímeros orgánicos, nanopartículas metálicas, etc., se introducen para hibridar con nanohojas TMO / TMD para mejorar la conductividad general y adaptarse a la expansión de volumen de nanomateriales de óxido o sulfuro metálico durante los ciclos repetidos de carga / descarga, "informan los investigadores.

"La segunda estrategia es la funcionalización de borde / superficie, que se puede lograr mediante dopaje átomo / iónico o ingeniería de defectos en los bordes o en las superficies de los nanomateriales bidimensionales. La implantación de heteroátomos o iones en nanomateriales 2-D ayuda a modular la estructura electrónica, la reactividad química de la superficie, o el espaciado entre capas de los nanomateriales bidimensionales, y mejora aún más la capacidad de almacenamiento de iones de litio, "escriben". La tercera estrategia de optimización de la estructura a menudo se realiza controlando algunos parámetros estructurales durante la fabricación, como el grosor, Talla, poros o morfología superficial, que tienen un impacto significativo en las propiedades dependientes de la estructura y el rendimiento electroquímico, y son beneficiosos para aliviar el inevitable auto-reajuste y exponer sitios más activos ".

Los científicos concluyen, "Estas estrategias efectivas para mejorar el almacenamiento de litio de nanomateriales 2-D serán buenos puntos de referencia para científicos e investigadores en los campos relacionados de los materiales". química, y nanotecnología, que esperan desarrollar baterías recargables superiores de próxima generación ".