Diagrama esquemático da nucleação de lítio e comportamento de deposição em folha de Cu, estrutura de nanofibras de carbono com baixo nível de dopagem de nitrogênio e estrutura de nanofibras de carbono com alto nível de dopagem de nitrogênio. Crédito:© Science China Press
Quan-Hong Yang da Tianjin University e Wei Lv da Graduate School em Shenzhen, A Universidade de Tsinghua com seus colegas de trabalho relatou um peso leve, estrutura de nanofibra de carbono com dopagem de nitrogênio de alto nível como o coletor de corrente para ânodos de metal de lítio, o que poderia conter o crescimento do dendrito e atingir a deposição uniforme de lítio. Este trabalho foi publicado recentemente em Science China Materials .
O grupo de Yang e o grupo de Lv ainda se dedicam a materiais de carbono e suas aplicações no armazenamento de energia.
Os autores escrevem, "Apesar da alta densidade de energia das baterias de metal de lítio, o crescimento de dendrito intratável resultou em baixa eficiência coulômbica, curto-circuito interno e até mesmo questões perigosas dificultam seu uso prático. Os materiais de carbono podem desempenhar um papel significativo na resolução dos problemas mencionados acima, permitindo a aplicação prática de ânodos de metal de lítio. "
Os pesquisadores têm feito esforços para resolver o problema do dendrito de lítio. As estruturas estruturais tridimensionais condutoras, como o coletor de corrente de Cu poroso e a estrutura de grafeno 3-D, chamaram a atenção porque podem diminuir a densidade de corrente local e acomodar grandes mudanças de volume durante o ciclo.
"Apesar da excelente estabilidade da estrutura e condutividade elétrica superior, o coletor de corrente de metal poroso é pesado, compreendendo grandemente a densidade de energia, "Yang disse, "a estrutura de carbono poroso é leve, que beneficia para melhorar a densidade de energia com base em todo o dispositivo. No entanto, suas superfícies não litiofílicas não são ideais para a nucleação uniforme e deposição de lítio. "
Grupos funcionais contendo nitrogênio na superfície da estrutura de carbono podem interagir com átomos de lítio e aumentar a litiofilicidade da estrutura de carbono. Usando poliacrilonitreto como matéria-prima, uma matriz de nanofibra de carbono condutora 3-D leve e com alta dopagem de nitrogênio (NCNF) pode ser facilmente preparada por eletrofiação, pré-oxidação e tratamento térmico.
O uso de NCNF como coletor de corrente tem várias vantagens:
Isso resultou em excelente estabilidade de ciclo com uma alta eficiência coulômbica de mais de 98 por cento para mais de 250 ciclos de deposição de lítio. Além disso, quando emparelhado Li @ NCNF ânodo com LiFePO4 para montar célula completa, polarização de tensão reduzida e retenção de alta capacidade foram mostradas.
Yang diz, "Este trabalho demonstrou claramente os papéis importantes da dopagem de heteroátomo para a modificação da superfície de carbono para realizar a deposição de ânodo de metal uniforme e livre de dendritos, e também apresentou grande potencial de NCNF de peso leve para uso em ânodos à base de metal com alta densidade de energia. "
