Investigadores de la Universidad Tecnológica de Toyohashi han demostrado el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio LIB que utilizan electrodos de nanotubos de carbono encapsulados en fósforo, en los que se introduce fósforo rojo con una capacidad considerable considerable en el espacio interior de los nanotubos de carbono CNT conuna estructura tubular. Los electrodos indicaron una mejora en la reactividad electroquímica del fósforo rojo cuando se formaron vías accesibles de iones de litio, es decir, nanoporos, en las paredes laterales de los CNT donde estaba encapsulado el fósforo rojo. Además, los perfiles de carga-descarga yEl análisis estructural reveló reacciones electroquímicas reversibles y la estabilidad estructural relativamente alta del fósforo rojo en los nanotubos, incluso después del quincuagésimo ciclo de carga-descarga. Las capacidades de carga-descarga muestran un valor dos veces o más alto que el del grafito utilizado en los LIB comerciales.un nuevo material de electrodo para LIBs con alta capacidad es proplanteado
El fósforo rojo ha atraído la atención como un material de electrodo capacitivo más alto para los LIB porque puede ofrecer una capacidad teórica aproximadamente siete veces mayor que la del grafito utilizado como material de electrodo comercial para los LIB. Se cree que la gran diferencia en la capacidad se debea una cantidad aceptable de iones de litio en las estructuras de grafito para LiC6 o fósforo para Li3P. Sin embargo, el fósforo rojo sufre enormes cambios volumétricos, pulverización y desprendimiento durante los procesos de inserción y extracción de iones de litio, lo que resulta en un desvanecimiento rápido de la capacidad debido a la disminuciónen la cantidad de fósforo rojo electroquímicamente reactivo. Además, mientras los electrones se mueven hacia el electrodo durante la inserción / extracción de iones de litio, el fósforo rojo tiene una desventaja en términos de pérdida de energía debido a su baja conductividad electrónica.
Tomohiro Tojo y sus colegas del Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica, Universidad Tecnológica de Toyohashi, han sintetizado estructuras únicas en las que el fósforo rojo se encapsula en el espacio interior de las CNT para evitar que se desprenda del electrodo y mejorar su electrónicaconductividad. Para mejorar la reactividad electroquímica del fósforo rojo a través de vías accesibles de iones de litio, también se formaron nanoporos <5 nm en las paredes laterales de los CNT encapsulados con fósforo. Después de la encapsulación de fósforo, los átomos de fósforo se distribuyeron dentro de los nanotubos, confirmandoLa estabilidad estructural del fósforo rojo.
Usando electrodos CNT encapsulados en fósforo, una capacidad reversible mostró aproximadamente 850 mAh / g en el quincuagésimo ciclo de carga-descarga. Este fue un valor al menos dos veces mayor que el de los electrodos de grafito. La relación estimada de capacidades de carga y descarga Eficiencias de Coulombic> 99% después del décimo ciclo y los ciclos posteriores, lo que indica una alta reversibilidad de las reacciones de carga-descarga en el fósforo rojo. Sin embargo, las capacidades de carga-descarga disminuyeron gradualmente al aumentar el número de ciclos debido a la disociación de algunos PPenlaces y otras reacciones secundarias en la superficie del fósforo y las CNT. Curiosamente, la CNT encapsulada en fósforo con nanoporos facilitó la mejora significativa en el rendimiento electroquímico en comparación con la CNT encapsulada en fósforo sin nanoporos. Esto se sugiere que se debe a la alta reactividadde fósforo rojo con iones de litio a través de los nanoporos en las paredes laterales. Después del ciclo de carga y descargaes decir, se observó fósforo rojo dentro de los nanotubos.
Hemos propuesto CNT encapsulados en fósforo como material de electrodo para LIBs con alta capacidad, a pesar de que se requieren mejoras adicionales en las estructuras para lograr ciclos a largo plazo sin desvanecimiento de capacidad. Se realizarán más estudios sobre la utilización de dichos electrodos.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Toyohashi . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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