Instituto de Investigación Hefei: una serie de logros importantes en la investigación de nanoelectrodos de baterías de iones de litio

Liujinhuai, investigador del Instituto de Maquinaria Inteligente del Instituto Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China, y Huangxing Liujinyun del Grupo Jiu, etc., han logrado una serie de logros en el desarrollo de nanoelectrodos y su desempeño electroquímico. en dispositivos de almacenamiento de energía. Se desarrolló el electrodo nanocompuesto tridimensional de alto volumen y se propuso y demostró un nuevo mecanismo para la atenuación de la capacidad del electrodo. La estructura compuesta mejora las propiedades electroquímicas de las baterías de iones de litio. Los resultados de la investigación se publicaron en revistas internacionales en campos relacionados como AvancedMaterials, ACSNano y Small.

Como importante dispositivo de almacenamiento de energía, las baterías de iones de litio dominan actualmente en el campo de las baterías recargables debido a su alta eficiencia de conversión de energía, baja tasa de autodescarga, amplio rango de temperatura de funcionamiento y ningún efecto de memoria. La investigación sobre el electrodo y sus propiedades electroquímicas de la batería de iones de litio ha sido un campo importante al que todos los países conceden gran importancia. Con el desarrollo de la tecnología electrónica en la actualidad, la demanda de baterías de iones de litio de alto rendimiento (como vehículos eléctricos, drones, etc.) con alta capacidad, circulación estable, peso liviano y tamaño pequeño se está volviendo cada vez más urgente. Es importante desarrollar un electrodo de alta capacidad (incluida la capacidad de masa y la capacidad de volumen) y estudiar en profundidad sus características electroquímicas.

Los nanoelectrodos se caracterizan por su alta actividad, difusión de iones y trayectos cortos de transmisión de electrones. Partiendo del mecanismo más esencial de atenuación de la capacidad de los electrodos nanométricos, los investigadores exploraron las causas fundamentales de la atenuación de la capacidad y luego diseñaron específicamente los electrodos nanométricos cíclicos estables de alta capacidad y desarrollaron la correspondiente tecnología de preparación de electrodos nanométricos universal. Por ejemplo, el electrodo de matriz de nanotubos tridimensional de silicio / carbono diseñado para proteger las superficies interior y exterior del material electroquímico activo El silicio (ver Figura 1) puede reducir eficazmente el efecto de la capa de interfaz de electrolito sólido sobre la estabilidad electroquímica durante la carga y ciclo de descarga. Los cambios dinámicos de volumen y estructura de los nanotubos compuestos durante el litio / delitificación se observaron claramente mediante microscopía electrónica de barrido in situ (ver Figura 2). Se propone y demuestra un nuevo principio de atenuación de la capacidad causada por la fatiga de la nanoestructura del electrodo.

Además, basándose en la tecnología de preparación de electrodos de nanoestructura tridimensional universal, se desarrolló un electrodo nanocompuesto tridimensional sin estructura de marco y se estudió su rendimiento de almacenamiento de energía (ver Figura 3). Después de 200 ciclos de carga y descarga, se encontró que todavía tiene una alta capacidad de volumen de electrodo completo (~ 1000 mAhcm-3), que es mucho mayor que la capacidad de volumen actual de los electrodos de grafito comerciales (~ 550 mAhcm-3) , sentando las bases para el desarrollo de baterías en miniatura para equipos electrónicos portátiles. Los resultados de la investigación se basan en la plataforma de cooperación entre el Instituto de Ciencias Hefei y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Con el desarrollo de la investigación, se espera que el desarrollo de electrodo de nanoestructura de alto rendimiento y sus características electroquímicas en baterías de iones de litio logren nuevos avances.

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