Las nanopartículas de óxido de cobalto incrustadas en fibras de carbono (izquierda) para formar estructuras similares a las de las vainas mejoran la vida útil de los electrodos en las baterías de iones de litio. Crédito:Izquierda:2010 ACS. Derecha:iStockphoto.com/pixhook
Las baterías de iones de litio se utilizan para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos, incluyendo computadoras, cámaras, calculadoras y reproductores de audio digital. Se ha dedicado un gran esfuerzo al desarrollo de baterías de iones de litio, especialmente para mejorar la eficiencia y la integridad de los electrodos de la batería. Esto se debe a que durante los procesos de descarga y carga, Los iones de litio se incorporan y extraen repetidamente de los electrodos mediante la formación de aleaciones o conversión química. Se sabe que estos eventos recurrentes causan la degradación progresiva de los electrodos, Daña irreversiblemente el rendimiento de la batería.
Yu Wang del Instituto A * STAR de Ciencias Químicas e Ingeniería y sus colaboradores han demostrado ahora una estrategia elegante para reducir el problema de degradación y aumentar la capacidad de retención de las baterías de iones de litio durante muchos ciclos de carga y descarga. La estrategia implica el uso de un material compuesto con una estructura peapod que comprende óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) nanopartículas incrustadas en fibras de carbono (ver imagen).
El óxido de cobalto es un material prometedor para ánodos en baterías de iones de litio porque su capacidad para contener iones es mayor que la de los materiales de electrodos convencionales. como el estaño. Además, Co 3 O 4 se puede convertir fácilmente a LiCoO 2 , que es el material utilizado actualmente en cátodos comerciales. Los investigadores crearon las estructuras de peapod calentando nanobandas de hidróxido de carbonato de cobalto recubiertas con capas de glucosa polimerizada en una atmósfera inerte a 700 ºC y luego en aire a 250 ºC. Los electrodos construidos con el compuesto peapod habían mejorado el almacenamiento de litio y la retención de la capacidad, entregando el 91% de la capacidad total posible después de 50 ciclos de carga y descarga.
"El Co 3 O 4 Las nanopartículas actúan como materiales activos para almacenar iones de litio y las fibras de carbono huecas protegen y evitan que las nanopartículas de Co3O4 se agreguen y colapsen. ”Dice Wang. Las fibras de carbono también desempeñan el papel de conductores de electrones de las nanopartículas.
Según Wang, además de la prometedora aplicación en baterías de iones de litio, la fabricación del compuesto peapod es un logro en sí mismo, ya que es la primera vez que se producen nanopartículas magnéticas aisladas incrustadas en fibras huecas. La microscopía electrónica de barrido reveló que el compuesto peapod exhibe una morfología uniforme, con longitudes de vaina de hasta varios micrómetros y diámetros de vaina de tan solo 50 nanómetros. Los investigadores creen que su método podría extenderse para generar nanopartículas encapsuladas utilizando una amplia gama de materiales con aplicaciones más allá de las baterías de iones de litio. por ejemplo, en ingeniería genética, catálisis, detección de gas y fabricación de condensadores e imanes.
