Un huésped 1D confinable con Li con una cubierta de carbono poroso y nanopartículas de Au litiofílicas en el núcleo muestra una reversibilidad de Li mejorada a altas tasas debido al fácil transporte de Li+ y la supresión de dendritas de Li mediante el almacenamiento de Li en el lugar del núcleo, lo que revela la importancia del diseño estructural para el almacenamiento de Li. Crédito:Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea
Un estudio de baterías de metal de litio realizado por el equipo de investigación dirigido por el Dr. Byung Gon Kim en el Centro de Investigación de Baterías de Próxima Generación del Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea (KERI) se publicó como artículo de portada en la revista internacional ACS Nano .
Mientras que las baterías de iones de litio actuales generan energía al introducir y sacar iones de litio del ánodo de grafito en función del mecanismo de intercalación, la batería de metal de litio no depende de este grafito voluminoso y pesado, sino que utiliza el propio Li metálico como ánodo. Dado que el metal de litio muestra una capacidad teórica 10 veces mayor (3860 mAh/g) que el grafito (372 mAh/g), ha ganado constantemente mucha atención en áreas que necesitan baterías de alta capacidad, como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
A pesar de esta ventaja, el Li puede crecer en forma de rama de árbol, llamada dendrita de Li, si no se almacena de manera uniforme y efectiva durante el proceso de ciclo, lo que lleva a una expansión de gran volumen del electrodo, lo que a su vez puede acortar el ciclo de vida de la batería. y causar problemas de seguridad, como incendios y explosiones provocadas por cortocircuitos internos.
Para abordar este problema, KERI desarrolló una estructura de carbono poroso 1D confinable con Li con un núcleo hueco, y se agregó una pequeña cantidad de nanopartículas de oro con afinidad de Li al núcleo hueco. Aquí, el oro controla la dirección de crecimiento de Li reaccionando preferentemente con Li, induciendo así la deposición de Li dentro del núcleo. Además, se forman muchos poros de tamaño nanométrico en la parte de la cubierta para mejorar el movimiento de los iones de litio hacia el espacio del núcleo.
Un desafío importante observado en el host de Li de núcleo hueco existente fue la deposición de Li en la capa de carbono conductor, no dentro del núcleo, en condiciones de carga de alta velocidad. Por lo tanto, el equipo de KERI introdujo muchos poros de tamaño nanométrico en la cubierta y logró una eficiencia culómbica significativamente mejorada sin el crecimiento de dendritas de Li, incluso en condiciones de prueba de alta corriente de 5 mA/cm 2 . .
El equipo del Dr. Kim colaboró con el profesor Janghyuk Moon de la Universidad de Chung-Ang para la validación teórica de la eficacia del diseño de este material, y los resultados de la simulación mostraron que la longitud de difusión de iones de litio reducida por los poros de la cubierta y la afinidad de litio mejorada por las nanopartículas de oro mantuvo la deposición de Li dentro de la estructura incluso en condiciones de carga de alta corriente. Además, el host de Li diseñado mostró un excelente rendimiento de ciclo de más de 500 ciclos bajo una alta densidad de corriente de tasa 4C (82,5 % de retención de capacidad). También es notable que esta tecnología cumple con la practicidad porque el equipo utilizó la técnica de electrohilado con ventajas en la producción en masa para la síntesis de materiales.
"A pesar del mérito de la alta capacidad, las baterías de metal de litio tienen muchos obstáculos que superar para su comercialización, principalmente debido a problemas de estabilidad y seguridad", dijo el Dr. Kim. Y el Dr. Kim también dijo:"Nuestro estudio tiene un valor incalculable porque desarrollamos una técnica para la producción en masa de un depósito de metal de litio con alta eficiencia culómbica para baterías de metal de litio de recarga rápida".
Este estudio realizado por el equipo de investigación de KERI se publicó como artículo de portada complementario en la edición de agosto de ACS Nano . Aumento del rendimiento de la batería con gafas negras injertadas en silicio micrométrico
