Baterías de iones de sodio de alto rendimiento con sulfuro de cobre
Los investigadores presentaron una nueva estrategia para ampliar la ciclicidad de las baterías de iones de sodio utilizando sulfuro de cobre como material del electrodo. Esta estrategia ha conducido a reacciones de conversión de alto rendimiento y se espera que avance la comercialización de las baterías de iones de sodio a medida que surgen como una alternativa a las baterías de iones de litio.
Este es un modelo esquemático que muestra los límites de los granos y las formaciones de las interfaces de fase.
KAIST
El equipo del profesor Jong Min Yuk confirmó el mecanismo estable de almacenamiento de sodio que utiliza sulfuro de cobre, un material de electrodos superior que es tolerante a la pulverización e induce la recuperación de la capacidad. Sus hallazgos sugieren que al emplear sulfuro de cobre, las baterías de iones de sodio tendrán una vida útil de más de cinco años con una carga por día. Mejor aún, el sulfuro de cobre, compuesto de abundantes materiales naturales como el cobre y el azufre, tiene una mejor competitividad de costos que las baterías de iones de litio, que utilizan litio y cobalto.
Los materiales de tipo intercalación como el grafito, que sirven como materiales de ánodos comercializados en baterías de iones de litio, no han sido viables para el almacenamiento de sodio de alta capacidad debido a su insuficiente espaciamiento entre capas. Por lo tanto, la conversión y la aleación de materiales de tipo reacciones han sido explorados para cumplir con una mayor capacidad en la parte del ánodo. Sin embargo, estos materiales generalmente producen expansiones de gran volumen y cambios cristalográficos abruptos, que conducen a una severa degradación de la capacidad.
El equipo confirmó que las interfaces de fase semicoherentes y los límites de grano en las reacciones de conversión desempeñaron un papel clave para permitir reacciones de conversión tolerantes a la pulverización y recuperación de la capacidad, respectivamente.
La mayoría de los materiales de las baterías de tipo de reacciones de conversión y aleación suelen experimentar degradaciones de capacidad severas debido a la existencia de estructuras cristalinas completamente diferentes y a la expansión de gran volumen antes y después de las reacciones. Sin embargo, los sulfuros de cobre sufrieron un cambio cristalográfico gradual para hacer las interfaces semi-coherentes, lo que eventualmente previno la pulverización de las partículas. Basado en este mecanismo único, el equipo confirmó que el sulfuro de cobre exhibe una alta capacidad y una alta estabilidad de ciclo independientemente de su tamaño y morfología.
El profesor Yuk dijo: "Las baterías de iones de sodio que emplean sulfuro de cobre pueden hacer avanzar las baterías de iones de sodio, lo que podría contribuir al desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía de bajo costo y abordar el problema del micro-polvo".
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