Eletrodo de óxido de silício nanométrico para baterias de íon de lítio de última geração
p Teste de bateria de íon de lítio. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne / Flickr
p O mercado de baterias de íon de lítio tem crescido continuamente e tem buscado uma abordagem para aumentar a capacidade da bateria, ao mesmo tempo que retém sua capacidade para um longo processo de recarga. p A estruturação de materiais para eletrodos em escala nanométrica é conhecida por ser uma forma eficaz de atender a essa demanda; Contudo, tais nanomateriais precisariam essencialmente ser produzidos por processamento de alto rendimento para transferir essas tecnologias para a indústria.
p Um artigo publicado no
Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados relata uma abordagem que potencialmente tem um alto rendimento industrialmente compatível para produzir pós à base de silício composto de tamanho nano como um forte candidato para o eletrodo negativo da próxima geração de baterias de íon de lítio de alta densidade.
p Os autores produziram com sucesso pós nanocompósitos de SiO por deposição física de vapor por spray de plasma usando pós de grau metalúrgico de baixo custo e alto rendimento. Usando este método, eles demonstraram uma melhoria explícita no desempenho do ciclo de capacidade da bateria com esses pós como eletrodo.
p A singularidade desse método de processamento é que os compostos nanométricos de SiO são produzidos instantaneamente por meio da evaporação e subsequente co-condensação da matéria-prima em pó. A abordagem é chamada de deposição física de vapor por spray de plasma (PS-PVD). Na Fig. 1, Compostos de SiO em bruto e PS-PVD SiO são mostrados.
p Figura 1. Imagens de microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo (FE-SEM) do SiO bruto (a), pó pulverizado com plasma (PS-PVD) com adição de CH4 (C / Si =1) (b) e sua maior ampliação Copyright:Sci. Technol. Adv. Mater. Vol. 15 (2014) p. 025006 (Fig. 2)
p Os compostos são partículas de 20 nm, que são compostos por um núcleo de Si cristalino e uma casca de SiOx. Além disso, a adição de metano (CH4) promove a redução de SiO e resulta na diminuição da espessura da casca de SiO, conforme mostrado na Fig. 2. A estrutura núcleo-casca é formada em um processamento contínuo de etapa única.
p Fig. 2. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução do núcleo PS-PVD Si e compósitos de casca de SiOx processados (a) sem e (b) com adição de gás metano (CH4) de 1,1 slm. O CH4 promove a redução de SiO e diminui a capacidade irreversível associada à formação de Li – O. Crédito:Sci. Technol. Adv. Mater. Vol. 15 (2014) p. 025006 (Fig. 4)
p Como resultado, a capacidade irreversível foi efetivamente diminuída, e baterias de meia célula feitas de pós PS-PVD exibiram eficiência inicial melhorada e manutenção de capacidade de até 1000 mAhg
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após 100 ciclos ao mesmo tempo.
