Progreso importante en el polo negativo de la batería de litio

Las baterías de iones de litio no han aumentado significativamente su capacidad específica desde que se usaron a gran escala en la década de 1990, por lo que son cada vez más incapaces de cumplir con los requisitos de los teléfonos inteligentes para tiempos de espera prolongados, vehículos eléctricos para recorridos más largos y requisitos de almacenamiento de energía para pico de cuadrícula.

La razón fundamental de este dilema es que la capacidad del material del electrodo de las baterías de litio es difícil de superar. Por ejemplo, los materiales comerciales de electrodos negativos solo pueden utilizar materiales a base de carbono de baja capacidad específica con una capacidad teórica de 372 mAh / g. Aunque los estudios han demostrado que elementos como Si, Ge y Sn tienen una alta capacidad específica como polos negativos, están limitados por el rápido deterioro de la capacidad después de múltiples usos y son difíciles de aplicar en la práctica. En los últimos años, los materiales de los electrodos negativos de SnO2 han recibido una gran atención por sus propiedades cíclicas superiores. Su capacidad teórica (783 mAh / g) ha alcanzado el doble del electrodo negativo del grafito.

Sin embargo, el SnO2 existente y los materiales de los electrodos negativos elementales no pueden superar el cuello de botella de la expansión volumétrica durante el proceso electroquímico de las baterías de iones de litio, y la estabilidad cíclica es difícil de satisfacer las necesidades de la aplicación. Por lo tanto, es de gran importancia cómo desarrollar un nuevo material de electrodo de litio de SnO2 de alta capacidad y estabilidad cíclica.

Recientemente, la Sección de Materiales y Dispositivos de Nuevas Energías de la Escuela de Química e Ingeniería Molecular de la Universidad de Pekín estudió conjuntamente con el Instituto de Silicato, la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Pensilvania y el Instituto de Tecnología de Beijing, e inventó un dióxido de estaño negro. material nanométrico basado en tecnología de preparación original. Como electrodo negativo de litio, el material tiene una capacidad reversible de 1340 mAh / g, que es mucho mejor que el límite de capacidad teórico de SnO2 (783 mAh / g). Después de que el material se combinó con grafeno, también mostró una excelente estabilidad cíclica y rendimiento de ploidía. Después de circular 100 vueltas a una densidad de corriente de 0,2 A / g, la capacidad no decayó, manteniendo una capacidad de 950 mAh / g; Mantenga una capacidad de 700 mAh / g en la gran corriente de 2A / G.

A través de una investigación en profundidad y detallada, los investigadores se dieron cuenta de que el nuevo y exclusivo material de dióxido de estaño negro es diferente del dióxido de estaño existente, tiene las características de excelente conductividad electrónica y abundantes vacantes de oxígeno, e induce una reacción de reducción isotrópica de materiales nanoactivos. Así, se formaron nanoestructuras compuestas microscópicas altamente termodinámicas y altamente estables de Sn y Li2O uniformemente dispersas, que finalmente resolvieron el problema científico de la aglomeración de Sn metálico durante el proceso del ciclo. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que esta nanoestructura compuesta microscópica especial puede garantizar que el estaño metálico sea completamente reversible oxidado a dióxido de estaño en la reacción electroquímica de almacenamiento de energía. Este fenómeno y mecanismo no han sido reportados en la literatura. Basado en el nuevo mecanismo de almacenamiento, la capacidad teórica de los materiales de los electrodos negativos de dióxido de estaño se ha incrementado de los 783 mAh / ga 1494 mAh / g originales del nuevo mecanismo. El dióxido de estaño negro inventado por los investigadores proporciona una nueva idea para el diseño y síntesis de otros nuevos tipos de materiales electronegativos, y también tiene el valor de aplicación industrial de los materiales electronegativos de litio de alta capacidad.

"ArbustandCondutiveTinOxideNanostortureutur" se publicó el 21 de abril de 2017 como autor de Chinese Chemical Lithium-IonBatteriesPossible, y el primer estudiante graduado de la <ORGANIZATION :: 0>, Xujijian Huangfuqiang el 21 de abril de 2017 (DOI: 10.1002 / maad.00136 ) y la Academia de Ciencias de la Universidad de Pekín. El proyecto cuenta con el apoyo del plan nacional clave de investigación y desarrollo básico, el Comité de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, el Comité Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai y los principales proyectos de investigación de la Academia de Ciencias de China.

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