Vistas esquemáticas (arriba) e imágenes de microscopía electrónica de transmisión (abajo) que muestran cristales rígidos que se forman en nanotubos de carbono desnudos (izquierda) y depósitos amorfos en cátodos de nanotubos de carbono con nanopartículas de óxido de rutenio (RuO2) (derecha) después de la descarga de litio-oxígeno (Li –O2) baterías. Crédito:Reproducido, con permiso, de Ref. 1 © 2013 Sociedad Química Estadounidense
Litio-oxígeno no acuoso (Li-O 2 ) las baterías podrían almacenar energía en densidades que rivalizan con la gasolina. Comercializar esta tecnología emergente, sin embargo, Requerirá avances que permitan recargar las baterías de manera eficiente. Hye Ryung Byon y Eda Yilmaz de la Unidad de Investigación de la Iniciativa RIKEN Byon han dado un gran paso hacia este objetivo al mejorar significativamente la eficiencia de recarga de Li – O 2 baterías mediante la aplicación juiciosa de óxido de rutenio catalítico (RuO 2 ) nanopartículas.
Las baterías Li – O2 eliminan los cátodos de óxido de metales pesados utilizados en las baterías de iones de litio convencionales para permitir que el litio reaccione directamente con el oxígeno atmosférico en los cátodos hechos de luz. materiales porosos como nanotubos de carbono. Cuando la batería se descarga, Los iones de litio y el gas oxígeno reaccionan para formar peróxido de litio (Li 2 O 2 ) cristales en el cátodo. Para recargar la batería, el aislante Li 2 O 2 los cristales deben descomponerse, una reacción que requiere potenciales de recarga significativos, lo que puede acortar la vida útil de la batería.
Byon y Yilmaz intentaron mejorar la eficiencia de recarga de la batería agregando RuO 2 nanopartículas a los cátodos de nanotubos de carbono. "RuO 2 tiene una energía superficial óptima para la adsorción de oxígeno y es un buen catalizador para las reacciones de oxidación, "explica Yilmaz. Sin embargo, porque la mayoría de los catalizadores basados en rutenio se realizan en soluciones acuosas, El equipo tuvo que andar con cuidado para comprender qué pasaría cuando RuO 2 estaba rodeado de sólidos Li 2 O 2 .
Los experimentos revelaron que el nuevo compuesto de nanotubos de carbono / RuO2 redujo considerablemente el potencial de recarga de la batería en comparación con los cátodos hechos solo de nanotubos. Para entender por qué los investigadores colaboraron con el Centro de Radiación Sincrotrón de la Universidad de Ritsumeikan en Kioto para caracterizar los productos de descarga utilizando una serie de técnicas, incluyendo espectroscopía de absorción de rayos X y microscopía electrónica. Estas pruebas revelaron que el Li 2 O 2 depósitos en el RuO 2 Los nanotubos cargados tenían una morfología amorfa bastante diferente a la que se ve en cualquier otro Li-O 2 sistema de batería.
Las imágenes de microscopía electrónica mostraron que Li 2 O 2 partículas que se formaron en los cátodos de nanotubos desnudos tenían grandes, cristales en forma de halo. En el RuO 2 / cátodos de nanotubos de carbono, sin embargo, una capa informe de Li 2 O 2 recubrió todo el nanotubo (Fig. 1). El equipo señala que esta capa de Li2O2 tiene una gran área de contacto con el cátodo conductor de nanotubos de carbono. Como consecuencia, Li 2 O 2 la descomposición se puede lograr con menos energía, resultando en una mayor eficiencia de la batería.
"Este es uno de los primeros estudios que muestran cómo los catalizadores afectan al Li – O no acuoso 2 pilas Hasta ahora se ha prestado poca atención al impacto de la estructura de Li2O2 en el rendimiento de la batería, ", dice Byon." Esta investigación podría actuar como una guía para futuros enfoques alternativos ".
