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Jun 29, 2023

Os pesquisadores da KERI desenvolvem alta

Uma equipe de pesquisa do Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) desenvolveu uma bateria de metal de lítio de alta capacidade com desempenho e estabilidade de taxa aprimorados usando uma bateria unidimensional de Li-confinável

Uma equipe de pesquisa do Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) desenvolveu uma bateria de metal de lítio de alta capacidade com melhor desempenho e estabilidade de taxa usando um hospedeiro de carbono oco poroso confinável por Li unidimensional. O artigo é publicado como artigo de capa na ACS Nano.

Enquanto as atuais baterias de íon-lítio geram energia ao inserir e retirar íons de lítio do ânodo de grafite com base em um mecanismo de intercalação, a bateria de metal-lítio não depende dessa grafite volumosa e pesada, mas usa o próprio Li metálico como ânodo. Como o metal-lítio apresenta capacidade teórica 10 vezes maior (3.860 mAh/g) do que o grafite (372 mAh/g), ele tem ganhado cada vez mais atenção de áreas que necessitam de baterias de alta capacidade, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia.

No entanto, o lítio pode formar dendritos se não for armazenado de maneira uniforme e eficaz durante o processo de ciclagem, levando a uma grande expansão de volume do eletrodo, o que por sua vez pode encurtar o ciclo de vida da bateria e causar problemas de segurança, como incêndio e explosão desencadeados por curtos-circuitos internos. .

Muitos pesquisadores exploraram hosts núcleo-invólucro configuráveis ​​​​de Li como uma solução, porque essas estruturas podem mitigar o crescimento de dendritos de Li e a mudança de volume, reduzindo a densidade de corrente efetiva e armazenando Li dentro do espaço central durante ciclos consecutivos.

No entanto, esses hospedeiros sofrem com o crescimento indesejado de Li em sua superfície (isto é, revestimento superior) devido ao invólucro de carbono que impede o movimento de íons de lítio - especialmente em densidades e capacidades de corrente mais altas, resultando em baixo desempenho eletroquímico.

Para resolver esse problema, a equipe KERI desenvolveu uma estrutura de carbono porosa confinável com Li 1D com um núcleo oco e adicionou um pequeno número de nanopartículas de ouro com afinidade de Li (litiofílica) ao núcleo oco. As nanopartículas de ouro controlam a direção do crescimento do Li reagindo preferencialmente com o Li, induzindo assim a deposição de Li dentro do núcleo. Além disso, muitos poros de tamanho nanométrico são formados na parte do invólucro para melhorar o movimento do íon de lítio em direção ao espaço central.

Kang et al.

Por causa das redes condutoras bem interconectadas formando estrutura tridimensional, design de casca porosa que permite fácil transporte de íons de lítio e espaço de núcleo oco com Au litiofílico armazenando Li metálico, o [e-mail protegido] pode suprimir o revestimento superior de Li e melhorar o Li eficiência de remoção / galvanização em comparação com suas contrapartes, mesmo a 5 mA cm-2, eventualmente alcançando desempenhos de ciclagem estáveis ​​​​da célula completa LiFePO4 e da célula simétrica [protegida por email] por mais de 1.000 e 2.000 ciclos, respectivamente.

A análise de elementos finitos revela que o mérito estrutural e a litiofilicidade do Au permitem a operação rápida e reversível de Li no espaço central designado do [e-mail protegido], implicando que o projeto estrutural do hospedeiro confinável com Li é crucial para a operação estável de Li promissor. baterias de metal em nível de teste prático.

A equipe do Dr. Byung Gon Kim na KERI colaborou com o Prof. Janghyuk Moon da Universidade Chung-Ang para validação teórica da eficácia do design deste material. Os resultados da simulação mostraram que o reduzido comprimento de difusão do íon Li pelos poros da casca e a melhoria da afinidade do Li pelas nanopartículas de ouro mantiveram a deposição de Li dentro da estrutura, mesmo sob condições de carga de alta corrente.

Além disso, o host Li projetado mostrou excelente desempenho de ciclagem de mais de 500 ciclos) sob uma alta densidade de corrente de taxa 4C) (82,5% de retenção de capacidade). Vale ressaltar também que essa tecnologia atende à praticidade porque a equipe utilizou a técnica de eletrofiação com vantagens na produção em massa para síntese de materiais.

A equipe planeja continuar a comercialização de baterias de metal de lítio, por exemplo, desenvolvendo eletrólitos funcionais para garantir a deposição e dissolução estáveis ​​​​do Li metálico.

KERI é um instituto de pesquisa financiado pelo governo dedicado à eletricidade, subordinado ao Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia (NST) do Ministério da Ciência e TIC.