De veículos elétricos a sistemas de economia de energia em larga escala (ESS), a demanda por baterias capazes de carregar e capaz de alta densidade de energia está aumentando em vários setores e uma equipe de pesquisa conjunta do Instituto de Pesquisa de Energia (KIER) e criou uma necessidade crítica para esse requisito crítico.
A grafite, a bateria de íons de lítio (LIB), fornece forte estabilidade estrutural, é limitada à sua menor capacidade teórica e taxa de carga/descarga lenta. Para superar essas limitações, os pesquisadores sugeriram um design de eletrodo sofisticado que combina carbono duro com estanho (SN).
O carbono duro é um material de carbono caótico com a abundância de micropos e caminhos para facilitar a rápida disseminação de íons de lítio e sódio. Essa estrutura permite vistas de alta economia de energia e mecânicas, tornando-a ideal para aplicações de alta taxa e vida de longa vida.
No entanto, a inclusão de estanho apresentou outro desafio. Quanto menor as partículas de estanho, a expansão menos eficaz do volume durante o ciclismo é reduzida, aumentando a estabilidade geral. Infelizmente, o ponto de fusão mais baixo da estanho (~ 230 ° C) dificulta as partículas sutis de sintetizar. A equipe de pesquisa abordou o problema usando o processo da alma -jell e, posteriormente, o calor diminui, incorporou com sucesso as nano partículas sub -10 nm de lata distribuídas uniformemente na matriz de carbono duro.
Como resultado, a estrutura do composto demonstra combinações funcionais além da mistura física comum. As nano partículas de estanho não servem apenas como materiais ativos, mas também atuam como um catalisador que incentiva o cristal de carbono duro no circuito. Durante o ciclo químico eletrônico, as ligações SN-O contribuem para aumentar a capacidade da bateria através de reações reversas.
Os engenheiros demonstraram grande desempenho em células de íons de lítio, mantendo mais de 1.500 ciclos sob uma condição de carregamento rápida de 20 minutos, enquanto obtém uma densidade volumétrica volumétrica 1,5 vezes maior que o ânodo de grafite convencional. Essa conquista representa uma integração bem -sucedida da vida em um eletrodo, alta energia e ciclos longos.
Significativamente, o eletrodo também mostra excelente desempenho em baterias de íons de sódio (SIBs). Os íons de sódio geralmente mostram reatividade fraca com materiais de ânodo convencionais, como grafite ou silício. No entanto, a estrutura de nano-composição de carbono rígido diminuiu sua versatilidade em várias plataformas de bateria e mantém grande estabilidade e dinâmica rápida no ambiente de sódio.
“Esta pesquisa no desenvolvimento da próxima geração de baterias de alto desempenho apresenta um novo marco no desenvolvimento da próxima geração e promete aplicações em veículos elétricos, sistemas híbridos e ess em escala de grade”, disse Suzin Park. O Dr. Guzin, de Kier, acrescentou a música “Além da compatibilidade com os sistemas de íons de sódio, a percepção de um ânodo com alta resistência, estabilidade e densidade de energia identifica um ponto de virada no mercado de baterias recarregáveis”.
Este trabalho foi dirigido pelo professor Suzin Park, Dr. Sangho Choi e Dr. Dong-Yob Han em colaboração com as músicas do Dr. Guzin de Kier. Os resultados foram publicados recentemente na revista Nano AC E foi apoiado pelo financiamento do Ministério do Comércio, Indústria e Energia e do Ministério da Ciência e TIC na Coréia.