Un grupo de investigación dirigido por Naoki Fukata, Líder del Grupo de Materiales Semiconductores Nanoestructurados del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales MANA, NIMS, y un grupo de investigación del Instituto de Tecnología de Georgia desarrollaron conjuntamente un material anódico para litio LiLas baterías recargables de iones formando nanopartículas hechas de compuestos metálicos de silicio Si sobre sustratos metálicos. El material del ánodo resultante tenía una alta capacidad, casi el doble que los materiales convencionales, y una larga vida útil. Estos resultados conducirán adesarrollo de materiales anódicos de mayor capacidad y mayor duración para baterías recargables de iones de litio.
En la actualidad, los materiales a base de carbono se utilizan como ánodos para las baterías recargables de iones de litio, y sus capacidades son de hasta 370 mAh / g. En teoría, sus capacidades se pueden aumentar en más de 10 veces a 4.200 mAh / g,siempre que se use Si puro como material anódico. Sin embargo, el Si puro es altamente expansible, de tres a cuatro veces en volumen, durante el proceso en el que se incorpora el ion Li. Debido a esta propiedad, los materiales anódicos de silicio puro son propensos ase agrietan ya que se les aplica una gran cantidad de tensión durante los ciclos repetidos de carga y descarga, y por lo tanto el uso de Si puro puro como material anódico acorta severamente la vida útil del ciclo de la batería. En consecuencia, el Si puro no se había utilizado hasta hace poco.
Los grupos de investigación conjuntos formaron nanocables de germanio Ge unidimensionales sobre sustratos metálicos y luego crearon compuestos de Si-metal nanoestructurados utilizando los nanocables como una capa de material base. El material nanoestructurado formado se caracteriza por numerosas cavidades existentes dentro de nanopartículas agregadas de aproximadamentevarias decenas de nanómetros a cien nanómetros. También hay cavidades más grandes presentes entre los compuestos de Si-metal y las nanoestructuras Ge. Otra característica es que el material consiste no solo en Si puro sino también en átomos de metal principalmente hierro que se proporcionan espontáneamentedesde el sustrato a través de las nanoestructuras subyacentes de Ge e incorporado al material de Si en crecimiento, formando compuestos de silicio-metal.
Basado en las evaluaciones de las propiedades de descarga de carga de las muestras fabricadas, los grupos de investigación confirmaron que la capacidad del nuevo material anódico era aproximadamente el doble de la capacidad de los materiales anódicos actuales, y su ciclo de vida también se extendió en comparación con los materiales convencionales.
El nuevo material es capaz de aumentar tanto la capacidad como la vida útil de los ánodos de la batería recargable de iones de litio. Los grupos de investigación lograron estas características al crear cavidades internas en el material, que actúan como espacio de amortiguación para absorber el estrés generado por la expansión de los purosSi, y mediante la regulación de la composición de Si y elementos metálicos en la nanoestructura basada en Si.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales NIMS . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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