p Ânodos de grafite têm sido amplamente usados ​​para baterias de íon de lítio (LIBs) durante as últimas duas décadas. A substituição de lítio metálico por grafite permite a operação segura e altamente eficiente de LIBs, Contudo, sacrificando significativamente a capacidade específica e a densidade de energia. Na verdade, como o "Santo Graal" das baterias de lítio, ânodos de metal de lítio exibem uma capacidade específica teórica muito alta de 3860 mAh g ^-1 e o potencial redox negativo mais baixo de -3,040 V vs. eletrodo de hidrogênio padrão. Contudo, a formação e alongamento de dendritos de lítio durante o ciclo podem perfurar o separador de polímero, resultando em um curto-circuito e conseqüente fuga térmica da bateria. p 'Os dendritos são induzidos principalmente pela distribuição não homogênea tanto da densidade de corrente no ânodo de lítio quanto do gradiente de concentração de íons de lítio na interface eletrólito / eletrodo, 'explicou o Dr. Qiang Zhang do Departamento de Engenharia Química, Universidade Tsinghua em Pequim, 'a formação e o crescimento de dendritos serão retardados se a estabilidade e uniformidade das interfaces entre os eletrólitos e o eletrodo de lítio forem melhoradas'.

p Qiang também mencionou estratégias convencionais para modificar a interface, empregando aditivos eletrolíticos, eletrólitos híbridos, eletrólitos de polímero, e camadas protetoras. 'Na verdade, um trabalho muito recente relatado pelo grupo do Dr. Yi Cui da Universidade de Stanford ilustrou que o revestimento de ânodos de metal de lítio com uma monocamada de nanoesferas de carbono ocas amorfas interconectadas pode isolar os depósitos de metal de lítio e estabilizar a interfase de eletrólito sólido, que é uma estratégia promissora para lidar com os problemas de dendrito de ânodos de metal. Se as nanoestruturas de ânodos de metal forem bem projetadas, o comportamento de crescimento do lítio depositado será deliberadamente controlado. ' Qiang disse a phys.org.

p Aqui em, um novo ânodo nanoestruturado tridimensional (3D) com lítio metálico contido em um Li7B fibroso ₆ matriz foi proposta para retardar o crescimento do dendrito. Tal ânodo nanoestruturado exibiu vida de ciclo sem precedentes longa e alta eficiência coulômbica além da placa de metal de lítio.

p 'A característica mais impressionante do ânodo é a nanoestrutura fibrosa de Li ₇ B ₆ andaime, 'Xin-Bing Cheng, um estudante de graduação e o primeiro autor, explicado. 'A deposição de lítio é autolimitada em nanoescala devido ao tamanho muito reduzido do Li ₇ B ₆ nanofibras além das folhas de lítio. Assim, a formação de dendritos de lítio em macroescala é evitada. Esta propriedade autolimitada favorável é principalmente atribuída à taxa de depósito limitada de lítio. '

p A taxa de deposição de lítio depende fortemente do tamanho específico dos substratos, que, neste caso, são gradualmente crescidos depósitos de lítio e Li inerte constante ₇ B ₆ nanofibras. Uma vez iniciada a deposição de lítio, cresce continuamente porque o depósito inicial de lítio tem um tamanho pequeno que mantém uma forte intensidade de campo elétrico, favorecendo assim a adsorção e deposição de íons de lítio. Quando o tamanho do depósito de lítio aumenta continuamente para o da matriz, a capacidade dos depósitos de adsorver íons de lítio será menor do que a do Li ₇ B ₆ fibras e, em seguida, íons de lítio tendem a se depositar na matriz em vez de nos dendritos.

p 'Consequentemente, o ânodo nanoestruturado não apenas reduz a densidade de corrente de área, o que reduz a velocidade de crescimento dos depósitos de lítio, mas também limita o tamanho final do lítio depositado, o que leva à morfologia livre de dendritos em macroescala. ' Xin-Bing disse.

p Adicionalmente, o ânodo nanoestruturado tem outras vantagens. Por exemplo, também fornece espaço suficiente para acomodar o eletrólito e, assim, estabilizar a concentração de íons de lítio, que também beneficia uma propriedade livre de dendritos. O li ₇ B ₆ as fibras são mecanicamente rígidas o suficiente para sustentar sua estrutura. Quando o ânodo nanoestruturado foi montado com cátodo de enxofre, a vida de ciclismo foi drasticamente aumentada para 2.000 ciclos, muito além do ânodo de folha de lítio da placa de rotina. As descobertas detalhadas foram publicadas como uma comunicação rápida em Pequena .

p 'O projeto arquitetônico racional do ânodo de metal é um método eficiente para ajustar o comportamento de crescimento do metal depositado.' como Dr. Zhang apontou, 'ânodos de metal livres de dendritos mais avançados baseados em nanoestruturas projetadas para satisfazer a demanda de baterias de trabalho serão explorados.'