Las baterías de iones de litio (LIB) son la fuente de energía dominante para la electrónica portátil y los vehículos eléctricos. Sin embargo, la capacidad teórica relativamente baja del ánodo de grafito (372 mAh g ^-1 ) dificulta la mejora de la densidad energética de las LIB. Por lo tanto, La explotación de materiales de ánodos con alta capacidad está atrayendo cada vez más atención.

Entre varios materiales de ánodo, El aluminio (Al) es un candidato prometedor debido a su excelente conductividad, alta capacidad teórica, bajo potencial de descarga, Abundancia natural, y especialmente de bajo costo. Sin embargo, Los ánodos basados ​​en Al generalmente se investigan en medias celdas o celdas completas con baja densidad de área de cátodo ( <2 mg cm-2), que está lejos de ser un requisito práctico.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Tang Yongbing y el Dr. Zhang Miao en los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China publicó un artículo titulado "Distribución uniforme del estrés de aleación / desaleación para una alta estabilidad estructural del ánodo de Al en Batería de iones de litio de alta densidad de área "en Materiales avanzados , que mostró cómo los investigadores mejoraron el rendimiento cíclico de las baterías a base de Al con un cátodo de alta densidad de área.

En estudios anteriores, el equipo desarrolló una nueva configuración de batería de iones de litio con alta eficiencia y bajo costo, que utilizó un diseño integrado de papel de aluminio para reemplazar el ánodo de grafito y el colector de corriente de Cu de los LIB convencionales, omitiendo los materiales de ánodo convencionales. Por lo tanto, el peso muerto y el volumen muerto podrían reducirse en gran medida, mejorando aún más las densidades de energía de esta batería. Sin embargo, este ánodo integrado también tiene un problema de estabilidad cíclica cuando se ensambla con un cátodo de alta densidad de área.

En este trabajo, El equipo descubrió que el agrietamiento y la pulverización del ánodo de Al podrían atribuirse a la reacción desigual de carga / descarga a lo largo de los límites del Al prístino, lo que condujo a la concentración de esfuerzos y al fallo final del ánodo de Al. Luego descubrieron que era posible extender la vida útil del ánodo de Al mediante la distribución uniforme de la tensión de aleación / desbloqueo.

Tang y sus colaboradores promovieron una estrategia de codeposición inactiva (Cu) y activa (Al) para distribuir homogéneamente los sitios de aleación y dispersar el estrés de la expansión de volumen, lo cual es beneficioso para obtener la estabilidad estructural del ánodo de Al (es decir, Cu-Al @ Al).

Debido a la reacción homogénea y la distribución uniforme de la tensión durante el proceso de carga / descarga, la batería completa de Cu-Al @ Al ensamblada con un alto LiFePO ₄ La densidad de área del cátodo de 7,4 mg cm-2 logró una capacidad de retención de ~ 88% en 200 ciclos, que es el mejor rendimiento de los ánodos de Al en baterías completas con un cátodo de tan alta densidad de área.

El estudio sugiere que este diseño inactivo / activo proporciona una forma viable de resolver el problema de los ánodos de Al y ofrece posibilidades para aplicaciones prácticas de los ánodos de Al.