Melhorando a eficiência do lítio

De acordo com as tendências ambientais globais, a UE está pressionando fortemente as indústrias para que se tornem verdes. Todos entendem que as mudanças climáticas estão aí e são causadas principalmente pelas emissões de CO2, onde o setor de transporte é responsável por 26% de todas as emissões de gases de efeito estufa e, dentro dele, 77% são gerados pelo transporte rodoviário.

Devido a esses fatores, o setor automotivo mudou seu foco para os veículos eletrônicos (VEs). No entanto, há uma falta de vendas devido às preocupações dos consumidores, inclusive de que eles não terão alcance suficiente para satisfazer suas necessidades, uma vez que atualmente são usados ​​materiais dentro de baterias de íon-lítio (LIB), que são a fonte de energia dos VEs. em seu nível máximo.

Além disso, a crescente demanda por veículos elétricos está causando muitas emissões de CO2 durante a produção de baterias de íons de lítio. Isso pode ser atenuado se a capacidade total e a vida útil da bateria forem aumentadas.

O desempenho de um LIB depende principalmente do material do ânodo da bateria. Atualmente, o grafite é o material anódico comercial mais popular. No entanto, a capacidade relativamente baixa do material limita seu desenvolvimento. Os materiais de ânodo à base de silício (Si) são candidatos populares para a produção de baterias de íon-lítio de última geração devido à sua densidade de alta potência.

O silício é uma alternativa ao grafite como material anódico para a produção de baterias de íons de lítio. Sua capacidade específica teórica é de 4.212 mAh/g, enquanto a capacidade específica teórica do grafite é de 372 mAh/g.

No entanto, a alta capacidade inicial dos compósitos à base de nano silício diminui rapidamente com a ciclagem, o que está associado a um aumento em seu volume de até três a cinco vezes durante a litiação-delitiação do silício. Esse inchaço leva à quebra do material do ânodo e à interrupção do contato com o coletor de corrente.

Pesquisadores de diferentes países propuseram muitas maneiras de melhorar a eficiência dos ânodos baseados em nano-silício.

Os mecanismos de degradação da LIB são complexos e dependem de vários fatores, sendo o principal deles a aglomeração das nanopartículas de silício e suas alterações volumétricas, levando à perda de contato entre as nanopartículas de silício e o material de carbono, o que leva à degradação da LIB durante a ciclagem.

A imagem a seguir mostra como o silício é distribuído de forma desigual no material de carbono e forma aglomerados de até 300 nm de tamanho.

Nossa equipe propôs um método original para a síntese de nanocompósitos de silício-carbono por esfoliação por micro-ondas (MW).

Desenvolvimento de tecnologia para síntese por micro-ondas de nanocompósitos de silício-carbono e equipamentos tecnológicos para sua implementação

Ao escolher um precursor, parâmetros operacionais de radiação MW, composição e pressão da mistura de gás argônio-monosilano, foi possível sintetizar compósitos de silício-carbono com:

Conclusão das vantagens

As vantagens do método MW para a síntese de compósitos de silício-carbono (n-Si@MLG) são as seguintes:

2. A possibilidade de obtenção de compósitos contendo n-Si em uma ampla gama de concentrações (de 5-80%). Isso torna possível sintetizar materiais anódicos para LIB com as características desejadas; e3. A síntese de MW de compósitos de silício-carbono é realizada em uma etapa e possui alta velocidade com rendimento de 100% do produto alvo.

Isso simplificará significativamente a tecnologia de obtenção de n-Si@MLG de uma determinada composição para a produção de baterias de íon-lítio e aumentará a produtividade ao criar uma linha de produção.

A esfoliação por micro-ondas de C2F∙xR em atmosfera de monosilano (SiH4) possibilitou a obtenção de estruturas de MLG com uma distribuição uniforme de nanopartículas de silício de um determinado tamanho no espaço interlamelar do grafeno.

As vantagens de usar o produto Adianano em LIBs

Estas vantagens acima mencionadas garantem a estabilidade do compósito contra rachaduras quando o volume de silício muda durante o ciclo (trampolim) e, consequentemente, a estabilidade a longo prazo da operação LIB.