Discusión sobre materiales de ánodo para baterías de iones de litio

No hay duda de que las baterías de iones de litio han ganado una gran popularidad en los últimos años. Y debido al éxito de estas baterías, la gente está experimentando con las composiciones químicas de la batería para hacerla futurista. No importa cuán avanzada sea la química en este momento, todavía existen algunos problemas con ella. El costo de las baterías grandes es alto, la densidad de energía, el ciclo de vida, la seguridad, etc. tienen algunos problemas comunes.

Entonces, en este artículo, vamos a estudiar sobre los materiales de ánodo que se usan comúnmente en las baterías de iones de litio. Y nos aseguraremos de que tenga conocimiento sobre las tendencias y la tecnología actuales con respecto a estas baterías portátiles.

¿Qué son los materiales de los ánodos para las baterías de iones de litio?

Los materiales del ánodo para las baterías de iones de litio son los que pueden desarrollar fácilmente oxígeno o cloro gaseoso. El ánodo es el punto donde ocurre la descarga. Es el electrodo negativo lo que significa que la semirreacción negativa ocurre en este lado. El material más común utilizado para el ánodo es el grafito. Pero gradualmente, también se están probando nuevos compuestos para ver si hay una mejora en la electroquímica de las baterías de iones de litio.

Tipos de materiales de ánodo para baterías de iones de litio:

Los diversos tipos de materiales de ánodo que se utilizan comúnmente para las baterías de iones de litio se indican a continuación. Las empresas tienen varias opciones de ánodos y todas se utilizan para diferentes propósitos.

1: Grafito:

Este material se utiliza porque es compacto y genera fácilmente oxígeno y cloro gaseoso. Sin embargo, el grafito es un compuesto muy frágil y debe manipularse con delicadeza. Puede dañarse fácilmente, lo que significa que la batería dejará de funcionar. El grafito utilizado en las baterías de iones de litio es inerte. Aún así, debe cuidarse ya que la alta densidad de corriente afectará la reacción de oxidación y el dióxido de carbono se desprenderá de la batería.

La mejor fabricación de este material de ánodo es Targray. Proporcionan un bajo costo y una buena densidad energética. La velocidad de carga de la batería se rige por la hoja de grafeno utilizada en la batería. Durante el proceso de carga, los iones de litio viajan a los bordes exteriores de la hoja antes de la intercalación. Aún así, hay algo de congestión en los bordes ya que la ruta del circuito es larga.

2: titanato de litio:

Es un material de ánodo de intercalación para las baterías de iones de litio. El material es muy similar al grafito pero tiene una capa SEI estable. Este material fue creado con fines de seguridad. Tiene un gran potencial para convertirse en una mejor alternativa para el grafito. Ofrece bajo costo, toxicidad y cambio de volumen, lo que lo hace mejor para el paquete de baterías. A menudo se utiliza para vehículos eléctricos híbridos a gran escala debido a sus características de seguridad mejoradas. Junto con esto, el titanato de litio tiene una alta densidad de potencia y un ciclo de vida prolongado. El principal inconveniente de este material es la baja capacidad inherente y la conductividad electrónica.

Aún así, la forma alotrópica de esta sustancia se considera uno de los materiales de ánodo más extensos y prometedores.

3: Ánodo de aleación como aleación de silicio, estaño y cobalto:

Aparte del proceso de intercalación, hay otros dos mecanismos que son atraídos por los ánodos. Se trata de mecanismos de Aleación y Conversión. El mecanismo de aleación generalmente incluye elementos como silicio, estaño, germanio, fósforo, etc. Estos materiales tienen más capacidad de almacenamiento que el grafito que se usa comúnmente en baterías de iones de litio. La mejor opción es el silicio, que tiene una capacidad específica de 4200 mAh / g, que es 11 veces más que la del grafito. Estos materiales también tienen un potencial de desitiación bajo que maximiza el voltaje de descarga en las pilas de combustible.

Pero los materiales de aleación comparten algunos de los problemas más desafiantes que enfrentan las baterías. El primer problema es la expansión y la fractura. La gran capacidad de estos materiales da como resultado una gran expansión de volumen que puede causar fallas mecánicas en la batería. El segundo problema es la estabilidad de la interfase de electrolitos sólidos. Durante la litiación y la contracción, se forma una capa de SEI inestable entre las partículas y el electrolito. El tercer problema importante es el electrodo que se hincha debido a la expansión de volumen. Crea un defecto en el diseño de la celda de la batería y, por lo tanto, los científicos tienen que buscar algún otro material de ánodo que dé mejores resultados.

¿Cómo elegir buenos materiales de ánodo para baterías de iones de litio?

Como puede ver, existen problemas graves al elegir el material adecuado para el ánodo. Pero hay algunas características básicas que debes seguir. Incluye:

· La porosidad debe ser excelente.

· La conductividad debe ser alta.

· Durable y ligero.

· Bajo costo.

· El voltaje del ánodo debe coincidir con el del cátodo.

Para asegurarse de que el ánodo de las baterías de iones de litio se mantenga estable, se han adoptado varios enfoques. Se instala una capa protectora en las baterías. En la actualidad, se han realizado varias investigaciones para probar que el silicio es un material de ánodo bueno y eficaz. Incluso se ha integrado la Nanotecnología con las baterías para comprobar si es posible eliminar todos los inconvenientes de varios elementos. Sin embargo, la capa SEI siempre aparece en la batería. Como la capa está compuesta de electrolito, tiene el riesgo de reducción de carbonatos, lo que aumenta la degradación térmica.