Ânodo Al em bateria de íon de lítio de alta densidade, a estrutura é sólida como uma rocha. Crédito:SIAT
As baterias de íon-lítio (LIBs) são a fonte de energia dominante para eletrônicos portáteis e veículos elétricos. Contudo, a capacidade teórica relativamente baixa do ânodo de grafite (372 mAh g -1 ) impede o aumento da densidade de energia dos LIBs. Portanto, explorar materiais de ânodo com alta capacidade está chamando cada vez mais atenção.
Entre vários materiais de ânodo, alumínio (Al) é um candidato promissor devido à sua excelente condutividade, alta capacidade teórica, baixo potencial de descarga, abundância natural, e especialmente de baixo custo. Contudo, Os ânodos à base de Al são geralmente investigados em meias células ou células cheias com baixa densidade de área catódica ( <2 mg cm-2), o que está longe de ser um requisito prático.
Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Tang Yongbing e Dr. Zhang Miao dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências publicou um artigo intitulado "Distribuição Uniforme de Tensão de Liga / Desalfiamento para Alta Estabilidade Estrutural do Ânodo de Al em Bateria de íon de lítio de alta densidade "ativada Materiais avançados , que mostrou como os pesquisadores melhoraram o desempenho do ciclo de baterias à base de Al com um cátodo de alta densidade de área.
Em estudos anteriores, a equipe desenvolveu uma nova configuração de bateria de íon de lítio com alta eficiência e baixo custo, que usou um design integrado de folha de alumínio para substituir o ânodo de grafite e o coletor de corrente de Cu de LIBs convencionais, omitindo materiais de ânodo convencionais. Assim, o peso morto e o volume morto podem ser bastante reduzidos, melhorando ainda mais as densidades de energia desta bateria. No entanto, este ânodo integrado também tem um problema com a estabilidade do ciclo quando montado com um cátodo de alta densidade de área.
(a) Processo de fabricação. (b) A estrutura 3D do eletrodo Cu-Al @ Al. (c) Imagens SEM de seção transversal. (d) Camada de nanocompósito de Cu-Al Crédito:TANG Yongbing
Nesse trabalho, a equipe descobriu que a rachadura e pulverização do ânodo de Al podem ser atribuídas à reação de carga / descarga desigual ao longo dos limites do Al puro, o que levou à concentração de tensão e falha final do ânodo de Al. Eles então descobriram que era possível estender a vida útil do ânodo de Al por meio da distribuição uniforme da tensão de liga / desalojamento.
Tang e seus colaboradores promoveram uma estratégia de codeposição inativa (Cu) e ativa (Al) para distribuir homogeneamente os sítios de liga e dispersar a tensão de expansão de volume, o que é benéfico na obtenção da estabilidade estrutural do ânodo de Al (nomeadamente Cu-Al @ Al).
Devido à reação homogênea e distribuição uniforme de tensão durante o processo de carga / descarga, a bateria completa de Cu-Al @ Al montada com um alto LiFePO 4 densidade de área catódica de 7,4 mg cm-2 alcançou uma capacidade de retenção de ~ 88% ao longo de 200 ciclos, que é o melhor desempenho de ânodos de Al em baterias completas com um cátodo de alta densidade de área.
O estudo sugere que este projeto inativo / ativo fornece uma maneira viável de resolver o problema dos ânodos de Al e oferece possibilidades para aplicações práticas dos ânodos de Al.
