Novo carbono

Recurso de 18 de julho de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Baterias totalmente de estado sólido (ASSBs) – tecnologias de baterias com eletrodos sólidos e eletrólitos sólidos – tornaram-se o foco em um número crescente de estudos de pesquisa. Isto ocorre principalmente porque eles poderiam superar significativamente as baterias com eletrólitos líquidos ou à base de polímeros, tanto em termos de segurança quanto de densidade de potência.

Uma das combinações de materiais sólidos mais promissoras para ASSBs são eletrólitos sólidos de sulfeto e ânodos metálicos de lítio (Li). Durante a operação, entretanto, os ânodos de metal Li podem perder rapidamente sua capacidade e parar de funcionar adequadamente, devido ao crescimento de dendritos e reações químicas interfaciais.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologias Avançadas de Armazenamento de Energia do Lago Tianmu, da Academia Chinesa de Ciências e de outros institutos na China criaram recentemente novos ânodos de Li-Si que poderiam ajudar a melhorar o desempenho dos ASSBs, reduzindo o risco de falha. Esses ânodos, introduzidos em artigo publicado na Nature Energy, podem suprimir o crescimento de dendritos de lítio, estabilizando o ciclo da bateria a longo prazo.

"ASSBs com ânodos de metal Li ou ânodos de Si são candidatos promissores para alcançar alta densidade de energia e maior segurança, mas sofrem com o crescimento indesejável de dendritos de lítio ou enorme expansão de volume, respectivamente", escreveram Wenlin Yan, Zhenliang Mu e seus colegas em seu artigo. .

"Sintetizamos um ânodo de liga de Li-Si estabilizado com carbono duro no qual a sinterização de Si leva à transformação de partículas micrométricas em um contínuo denso. Uma rede iônica-eletrônica-condutora 3D composta de fases ricas em Li plasticamente deformáveis ​​(Li15Si4 e LiC6) que amplia a área ativa e alivia a concentração de tensão é criada no ânodo, levando a uma melhor cinética do eletrodo e estabilidade mecânica."

Os pesquisadores criaram seu ânodo por meio de uma simples reação induzida por pressão entre um filme contendo Si e uma folha de Li. Eles então testaram seu desempenho em uma série de simulações e experimentos, integrando-os em células com um dos dois cátodos diferentes, bem como um eletrólito baseado em Li6PS5Cl.

"Com o ânodo Li-Si estabilizado com carbono duro, células completas usando cátodos LiCoO2 ou LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 e eletrólito Li6PS5Cl alcançam capacidade de taxa favorável e estabilidade de ciclo", escreveram Yan, Mu e seus colegas.

"Em particular, o ASSB com LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 em alta carga de 5,86 mAh cm-2 fornece 5.000 ciclos a 1 C (5,86 mA cm-2), demonstrando o potencial do uso de Li-Si estabilizado com carbono duro ânodos de liga para aplicações práticas de ASSBs."