Las baterías de iones de sodio (SIB) son candidatos calientes para una tecnología de batería barata y sostenible, pero un problema recurrente es la inestabilidad del ánodo. Un equipo chino de científicos informa ahora sobre la preparación de un material compuesto de ánodo estructurado de tamaño submicrónico que puede adaptarse a grandes cambios de volumen. El electrodo de sulfuro de antimonio se prepara fácilmente y presenta una capacidad y un rendimiento cíclicos superiores. como se muestra en un estudio publicado en el Revista europea de química inorgánica .
A diferencia de las baterías de iones de litio (LIB), Las baterías de iones de sodio se basan en materias primas sostenibles y fácilmente disponibles. Una de las principales razones por las que los SIB aún no se aplican ampliamente es la inestabilidad:el ion sodio grande no se puede integrar tan fácilmente en los electrodos como el ion litio pequeño, causando una expansión y contracción significativa de las estructuras durante los eventos de descarga / carga. Este problema se refiere particularmente al ánodo, que simplemente se pulveriza durante períodos de ciclo más largos. Solo si se resuelve este problema, Se puede desarrollar una batería de iones de sodio que funcione realmente. Ahora, Guangda Li y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Qilu, Jinan, Porcelana, han combinado materiales micro y nanoestructurados con la química de baterías de última generación. Ensamblaron un material compuesto de ánodo que, a través de su submicroestructura en forma de flor, puede mitigar los cambios drásticos de volumen sin dejar de mostrar una conductividad y capacidad mejoradas. Es más, se preparó fácilmente, informaron los científicos.
Antimonio, o, aun mejor, sulfuro de antimonio, son materiales de ánodo atractivos para los SIB. Sus capacidades específicas teóricas muy altas resultan del recuento de hasta tres átomos de sodio por antimonio que se incorporan a la estructura al descargarse (que en términos de batería es sodiación), cuando el sulfuro de antimonio forma primero sulfuro de sodio y luego aleaciones de antimonio. Para reducir los efectos de los grandes cambios de volumen, Se ha propuesto la microestructuración a un tamaño entre nano y materiales a granel. A este respecto, los científicos de Jinan prepararon partículas esféricas de sulfuro de antimonio de dos a tres micrones de diámetro. Una mirada más cercana reveló que la superficie estaba compuesta por numerosas láminas delgadas que crecieron juntas para construir una estructura similar a una flor. Este "ramo de flores" puede servir como un amortiguador eficaz contra los cambios de volumen, pero sus trayectorias de conductividad y difusión siguen siendo demasiado bajas para aplicaciones de batería.
Por lo tanto, los autores lo recubrieron con una capa de carbono hecha de polímero de polipirrol. "Las capas de revestimiento de PPy no solo sirven como estabilizador estructural [...], pero también puede mejorar la conducción de submicrosferas de sulfuro de antimonio, ", explicaron. El material compuesto final tenía una forma bien definida y cumplía con las demandas técnicas de un ánodo de alto rendimiento. Los autores también enfatizaron que su método de preparación era una tecnología sencilla de sol-gel a partir de acetato de antimonio (que no deja cloruro en el producto final) en combinación con una etapa de polimerización / recubrimiento que se desarrolla sin problemas.
Este trabajo representa los avances recientes realizados en la tecnología de baterías de iones de sodio. Muestra que la combinación de estrategias de nanoingeniería con electroquímica de baterías puede conducir a productos que pueden complementar o sustituir la tecnología actual de iones de litio.
