Nuevos avances en materiales negativos de baterías de iones de litio

En los últimos años, las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en equipos electrónicos portátiles, vehículos eléctricos y centrales eléctricas de almacenamiento de energía. Sin embargo, las baterías comerciales de iones de litio con grafito como electrodo negativo no han podido satisfacer las necesidades de las personas de alta densidad de energía, ciclo de vida prolongado y carga y descarga rápidas. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos materiales de electrodos negativos para reemplazar los materiales tradicionales de grafito se ha convertido en el foco de investigación en este campo.

El mecanismo de almacenamiento de litio de conversión muestra que la capacidad teórica de los óxidos de metales de transición está entre 700 y 1000 mAhg-1, y en la prueba real, la mayoría de los óxidos de metales de transición tendrán un fenómeno de "supercapacidad" con capacidad reversible mayor que la capacidad teórica. El estudio encontró que los componentes de la membrana de la interfaz de electrolitos sólidos (SEI) (como Li2CO3, LiOH, LiAc, etc.) en la superficie del material activo experimentan una descomposición y generación reversibles bajo la catálisis del metal de transición, logrando así más iones de litio. y electrones. Liberación y almacenamiento. Según el mecanismo de conversión, el acetato de cobalto de base en capas (LHCA) se convierte en nanocristales de Co, LiOH y LiAc después de cargarse con litio, que es muy similar a los componentes de la membrana SEI descritos anteriormente. Esto significa que el LHCA puede proporcionar una capacidad mucho mayor que el mecanismo de conversión, es decir, LiOH y LiAc proporcionarán capacidad adicional bajo la catálisis de nanocristales de Co. Inspirado por esto, el equipo de investigación de la Universidad de Tecnología de Zhejiang y la Universidad de Nankai llevó a cabo la nanocristalización y la composición de LHCA y realizó una investigación en profundidad sobre su comportamiento de almacenamiento de litio.

El equipo preparó nanopartículas de LHCA ultrafinas mediante un método simple de calor con disolvente, que permitió que las nanopartículas se cargaran cara a cara en la superficie del grafeno. El compuesto LHCA / grafeno exhibe alta capacidad, excelente estabilidad cíclica y rendimiento de duplicación. ¿En 1A? Después de que la densidad de corriente del G-1 circule durante 200 semanas, ¿su capacidad reversible es de aproximadamente 1050 mAh? G-1, en 4A? Después de que la densidad de corriente del G-1 circule durante 300 semanas, ¿la capacidad reversible aún se puede mantener en 780 mAh? G-1, muy superior a la capacidad teórica calculada según el mecanismo de conversión (aproximadamente 460mAh? G-1). Los autores también confirmaron la transformación mutua de acetato y acetaldehído durante el proceso de ciclo a través de la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, y propusieron un nuevo mecanismo para el almacenamiento de litio que implica la conversión catalítica electroquímica de nanopartículas de Co en grupos OH.

Las sales alcalinas estratificadas son una gran familia. El estudio de las propiedades de almacenamiento de litio del LHCA en este trabajo abre una ventana para que dichos materiales se utilicen para el almacenamiento de energía. Además, la preparación satisfactoria de sales alcalinas en nanocapas de morfología regular y sus materiales compuestos también ha ampliado la comprensión de la morfología del material y sus aplicaciones potenciales (especialmente en los campos del almacenamiento de energía, el magnetismo y el intercambio iónico). Más importante aún, los resultados de la investigación brindan nuevas ideas para el diseño y desarrollo de la próxima generación de materiales de almacenamiento de energía y, al mismo tiempo, nos ayudan a comprender mejor la contribución de los componentes de la membrana SEI (especialmente LiOH y LiAc) al almacenamiento de litio.

Este logro se publicó recientemente en AdvancedFusionalMaterials. El profesor asociado Suliwei de la Universidad de Tecnología de Zhejiang y Heijinpei Wanglianbang de los estudiantes de doctorado de 2016 son coautores, y el profesor Zhouzhen de la Universidad de Tecnología de Zhejiang y el profesor Li Guozheng de la Universidad de Nankai son autores de comunicación.

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