p Pesquisadores da Toyohashi University of Technology fabricaram com sucesso um fosforeto de estanho sem aglutinante (Sn ₄ P ₃ ) / eletrodo de filme composto de carbono (C) para baterias de íon-lítio via deposição de aerossol. O Sn ₄ P ₃ / C partículas foram solidificadas diretamente em um substrato de metal por meio de consolidação de impacto, sem aplicar um fichário. As estabilidades dos ciclos de carga e descarga foram melhoradas tanto pelo carbono complexado quanto pela janela de potencial elétrico controlado para extração de lítio. Essa descoberta pode ajudar a criar baterias de íon de lítio avançadas de maior capacidade. p As baterias de íon de lítio (Li-ion) são amplamente utilizadas como fonte de energia em dispositivos eletrônicos portáteis. Recentemente, eles atraíram atenção considerável devido ao potencial de serem empregados em grande escala como fonte de energia para veículos elétricos e veículos elétricos híbridos de plugins, e como sistemas estacionários de armazenamento de energia para energias renováveis. Para realizar baterias de íon de lítio avançadas com maior densidade de energia, materiais de ânodo com maior capacidade são necessários. Embora algumas ligas de Li, como Li-Si e Li-Sn, cuja capacidade teórica é muito superior à da grafite (capacidade gravimétrica teórica =372 mAh / g), foram extensivamente estudados, geralmente resultam em baixa estabilidade de ciclo devido à grande variação de volume durante as reações de carga e descarga.

p Fosforeto de estanho (Sn ₄ P ₃ , capacidade gravimétrica teórica =1255 mAh / g) com uma estrutura em camadas, geralmente usado como um material de ânodo à base de liga de alta capacidade para baterias de íon-lítio, tem um potencial médio de operação de - 0,5 V vs. Li / Li ⁺ . Relatórios indicam que complexar materiais de carbono com Sn nanoestruturado ₄ P ₃ as partículas aumentam significativamente a estabilidade do ciclo. Geralmente, eletrodos usados ​​em baterias são fabricados revestindo uma pasta que compreende materiais ativos de eletrodo, aditivos de carbono condutores, e ligantes em folhas metálicas. Para Sn complexado com carbono ₄ P ₃ (Sn ₄ P ₃ / C) ânodos (como os relatados na literatura), a fração de peso dos materiais ativos em um eletrodo é reduzida em aproximadamente 60-70% devido ao uso de quantidades significativas de aditivos condutores e aglutinantes para atingir ciclos estáveis. Consequentemente, a capacidade gravimétrica específica por peso de eletrodo (incluindo aqueles de aditivos de carbono condutores e ligantes) é reduzida significativamente.

p Pesquisadores do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Informação, Toyohashi University of Technology, fabricaram com sucesso um Sn sem aglutinante ₄ P ₃ / C Eletrodo de filme composto para ânodos de bateria de íon-lítio via deposição de aerossol (AD). Nesse processo, o Sn ₄ P ₃ as partículas são complexadas com acetileno negro usando um método simples de moagem de bolas; o Sn obtido ₄ P ₃ As partículas de / C são então diretamente solidificadas em um substrato de metal por meio de consolidação de impacto, sem adição de quaisquer outros aditivos condutores ou aglutinantes. Este método permite o aumento da fração de Sn ₄ P ₃ no composto acima de 80%. Além disso, a mudança estrutural do eletrodo composto é reduzida e a estabilidade do ciclo é melhorada tanto para o carbono complexado quanto para a janela de potencial elétrico controlado para a reação de extração de lítio. O Sn ₄ P ₃ / C filme composto fabricado pelo processo AD mantém capacidades gravimétricas de aproximadamente 730 mAh g _-1 , 500 mAh g _-1 , e 400 mAh g _-1 em 100 _º , 200 _º , e 400 _º ciclos, respectivamente.

p O primeiro autor, Toki Moritaka, é citado como tendo dito:"Embora otimizar as condições de deposição fosse difícil, informações úteis sobre o aumento da estabilidade de ciclagem do Sn ₄ P ₃ / C eletrodo de filme composto fabricado pelo processo AD foi obtido. O carbono complexado funciona não apenas como um buffer para suprimir o colapso dos eletrodos causado pela grande variação no volume de Sn ₄ P ₃ , mas também como um caminho de condução eletrônico entre as partículas atomizadas de material ativo no compósito. "

p “Este processo é um meio eficaz de aumentar o valor da capacidade por peso do eletrodo. Acreditamos que haja espaço para melhoria do desempenho eletroquímico pelo tamanho e conteúdo do carbono em Sn ₄ P ₃ / C usado na fabricação de filme composto pelo processo AD. Estamos agora tentando otimizar o conteúdo de carbono complexado e aumentar a espessura do filme composto, "cita o professor associado Ryoji Inada.

p Os resultados deste estudo podem contribuir para a realização de baterias de íon-lítio avançadas de maior capacidade. Além disso, porque não só o Li, mas também o Na podem ser armazenados e extraídos do Sn ₄ P ₃ por reações semelhantes de liga e desalojamento, o Sn ₄ P ₃ eletrodo pode ser empregado em baterias de íon Na de última geração a custos muito mais baixos.