Imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de partículas compuestas de Sn4P3 / C (primera fila:primera imagen), y superficie de película compuesta de Sn4P3 / C fabricada mediante el proceso AD (1ª fila:3ª imagen). Distribuciones elementales correspondientes para Sn, PAG, y C también se muestran. Crédito:(c) Universidad Tecnológica de Toyohashi. Reservados todos los derechos.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Toyohashi han fabricado con éxito un fosfuro de estaño sin aglutinantes (Sn 4 PAG 3 ) / electrodo de película compuesta de carbono (C) para baterías de iones de litio mediante deposición en aerosol. El Sn 4 PAG 3 / Las partículas de C se solidificaron directamente sobre un sustrato metálico mediante consolidación por impacto, sin aplicar aglutinante. La estabilidad de los ciclos de carga y descarga se mejoró mediante el carbono complejado y la ventana de potencial eléctrico controlado para la extracción de litio. Este hallazgo podría ayudar a realizar baterías de iones de litio avanzadas de mayor capacidad.
Las baterías de iones de litio (Li-ion) se utilizan ampliamente como fuente de energía en dispositivos electrónicos portátiles. Recientemente han atraído una atención considerable debido a su potencial para ser empleados a gran escala como fuente de energía para vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos enchufables. y como sistemas estacionarios de almacenamiento de energía para energías renovables. Para realizar baterías de iones de litio avanzadas con mayor densidad de energía, Se requieren materiales de ánodo con mayor capacidad. Aunque algunas aleaciones de Li como Li-Si y Li-Sn, cuya capacidad teórica es muy superior a la del grafito (capacidad gravimétrica teórica =372 mAh / g), han sido ampliamente estudiados, generalmente dan como resultado una mala estabilidad cíclica debido a la gran variación de volumen durante las reacciones de carga y descarga.
Fosfuro de estaño (Sn 4 PAG 3 , capacidad gravimétrica teórica =1255 mAh / g) con una estructura en capas, generalmente utilizado como material de ánodo a base de aleación de alta capacidad para baterías de iones de litio, tiene un potencial de operación promedio de - 0.5 V vs.Li / Li + . Los informes indican que la complejación de materiales de carbono con Sn nanoestructurado 4 PAG 3 las partículas mejoran significativamente la estabilidad del ciclo. Generalmente, Los electrodos utilizados en las baterías se fabrican recubriendo una lechada que comprende materiales activos de electrodos, aditivos conductores de carbono, y aglutinantes sobre láminas metálicas. Para Sn complejado con carbono 4 PAG 3 (Sn 4 PAG 3 / C) ánodos (como los reportados en la literatura), la fracción en peso de los materiales activos en un electrodo se reduce en aproximadamente un 60 - 70% debido al uso de cantidades significativas de aditivos conductores y aglutinantes para lograr ciclos estables. Como consecuencia, la capacidad gravimétrica específica por peso de electrodo (incluidos los de los aditivos y aglutinantes de carbono conductor) se reduce significativamente.
Rendimiento ciclista de Sn 4 PAG 3 y Sn 4 PAG 3 / C películas compuestas para diferentes contenidos de carbono (izquierda) en una celda de dos electrodos con metal de Li como contraelectrodo. La prueba de ciclo se realizó en ventanas de voltaje de celda que van desde 0 V a 2.5 V. Imágenes SEM de Sn 4 PAG 3 / C superficie de la película compuesta después de la 1a (media) y 100 th También se muestran los ciclos (derecha). Crédito:(c) Universidad Tecnológica de Toyohashi. Reservados todos los derechos.
Investigadores del Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica, Universidad Tecnológica de Toyohashi, han fabricado con éxito un Sn sin aglutinante 4 PAG 3 / Electrodo de película compuesta C para ánodos de baterías de iones de litio mediante deposición en aerosol (AD). En este proceso, el Sn 4 PAG 3 las partículas se complejan con negro de acetileno utilizando un método simple de molienda de bolas; el Sn obtenido 4 PAG 3 A continuación, las partículas de C se solidifican directamente sobre un sustrato metálico mediante consolidación por impacto sin añadir ningún otro aditivo conductor o aglutinante. Este método permite la mejora de la fracción de Sn 4 PAG 3 en el compuesto por encima del 80%. Es más, Se reduce el cambio estructural del electrodo compuesto y se mejora la estabilidad cíclica tanto para el carbono complejado como para la ventana de potencial eléctrico controlado para la reacción de extracción de litio. El Sn 4 PAG 3 / C película compuesta fabricada por el proceso AD mantiene capacidades gravimétricas de aproximadamente 730 mAh g -1 , 500 mAh g -1 , y 400 mAh g -1 a los 100 th , 200 th , y 400 th ciclos, respectivamente.
Se cita al primer autor Toki Moritaka diciendo:"Aunque optimizar las condiciones de deposición fue difícil, información útil sobre la mejora de la estabilidad cíclica del Sn 4 PAG 3 Se obtuvo un electrodo de película compuesta de / C fabricado mediante el proceso AD. El carbón complejado funciona no solo como un amortiguador para suprimir el colapso de los electrodos causado por la gran variación en el volumen de Sn. 4 PAG 3 , sino también como una vía de conducción electrónica entre las partículas atomizadas de material activo en el material compuesto ".
Rendimiento cíclico a largo plazo de películas compuestas de Sn4P3 / C en diferentes ventanas de voltaje de celda que van desde 0 V a 0,75 V, y la de 1 V y la de 1,25 V (izquierda). También se muestran imágenes SEM de superficies de película compuesta de Sn4P3 / C cicladas a 0 V-0,75 V (centro) y a 0 V-1,25 V (derecha). Crédito:(c) Universidad Tecnológica de Toyohashi.
"Este proceso es un medio eficaz para aumentar el valor de capacidad por peso de electrodo. Creemos que hay margen para mejorar el rendimiento electroquímico por el tamaño y el contenido de carbono en Sn 4 PAG 3 / C utilizado en la fabricación de películas compuestas mediante el proceso AD. Ahora estamos tratando de optimizar el contenido de carbono complejado y aumentar el espesor de la película compuesta, "cita al profesor asociado Ryoji Inada.
Los hallazgos de este estudio pueden contribuir a la realización de baterías de iones de litio avanzadas de mayor capacidad. Es más, porque no solo el Li sino el Na también se pueden almacenar y extraer de Sn 4 PAG 3 por reacciones similares de aleación y des-aleación, el Sn 4 PAG 3 El electrodo se puede emplear en baterías de iones de sodio de próxima generación a costos mucho más bajos.
