Los investigadores repasan los avances y retos recientes de los materiales anódicos de silicio para baterías de iones de litio
Las investigaciones de los últimos años demuestran que varias modificaciones químicas (aglutinantes, materiales compuestos y electrolitos) proporcionan una estabilidad superior y mejoran el rendimiento electroquímico de los ánodos de Si en las baterías de iones de litio (LIB). Hasta ahora, se han probado varias interacciones químicas diferentes en alteraciones estructurales de materiales anódicos basados en Si para mejorar la cinética del Li+, la estabilidad estructural y el control del desarrollo del volumen a lo largo del proceso de delitiación/litiación.
La importancia de los ánodos de silicio en las baterías de iones de litio, haciendo hincapié en la mejora de su rendimiento mediante modificaciones que implican aglutinantes, revestimientos, compuestos y electrolitos.
Li Wang, Jianping Yang, Donghua University, Shanghai, China
A pesar de los importantes avances logrados, los electrodos de Si y los electrodos basados en Si están todavía en pañales y distan mucho de encontrar un uso práctico generalizado. Los ánodos basados en Si se enfrentan a algunas dificultades, como un aumento sustancial del volumen, un menor ICE y una capacidad areal limitada. Para solventar estos inconvenientes pueden emplearse métodos como la ingeniería de materiales, la ingeniería de superficies/interfaces y la optimización de aglutinantes/electrolitos. Un equipo de investigadores ha resumido los considerables avances de los materiales anódicos de silicio para baterías de iones de litio. Su trabajo se publica en Industrial Chemistry & Materials el 28 de diciembre de 2023.
"El desarrollo de la fabricación de bajo coste y fácil de materiales de ánodo a base de silicio para baterías de iones de litio es crucial para el problema de la expansión significativa de volumen y su menor conductividad eléctrica, reacción cinética inconsistente, y relativamente bajo ICE", dijo Jianping Yang, profesor de la Universidad de Donghua, China. "En esta revisión, analizamos sistemáticamente el reciente desarrollo de materiales anódicos basados en el silicio de acuerdo con las preocupaciones vitales y los retos relativos a la eficacia de las estrategias actuales, el tremendo resultado electroquímico provocado por el uso de aglutinantes, compuestos y electrolitos líquidos con notables resultados esperados se presentan como soluciones. También proporcionamos las perspectivas de los materiales basados en Si en las LIB para el futuro potencial de comercialización de los ánodos basados en Si junto con sus principales preocupaciones."
"En el caso de los aglutinantes, el impacto del aglutinante sobre el material de ánodo basado en Si es insignificante. Para desarrollar un nuevo tipo de aglutinante, se espera ampliar la media celda a la celda completa de las LIB para revelar el impacto adecuadamente. Las LIBs de celda completa tienen menos exceso de Li-ion, lo que podría ser una nueva perspectiva para enriquecer el rendimiento de las LIBs. Sin embargo, el proceso de síntesis de los ligantes actuales es complicado, lo que dificulta su comercialización y su mejora. Además, el rendimiento tanto de la ICE como de la capacidad reversible debería ser alto para el nuevo ligante desarrollado en comparación con los ligantes tradicionales. Además, el nuevo ligante debería poder adaptarse no sólo a los ánodos de Si, sino también a los de grafito".
"Los materiales compuestos híbridos con dopaje de Si con otros materiales podrían ser una opción viable para mejorar la conductividad, garantizar una integridad estructural suficiente, aumentar la densidad de toma y la capacidad de área y, por último, estabilizar la formación de SEI. Durante la preparación del compuesto híbrido se podrían tener en cuenta la morfología, la dimensión de las partículas y el recubrimiento para lograr el requisito de la marca."
"En los últimos años, los materiales anódicos basados en Si han avanzado sin parar", explica Li Wang, profesor asociado de la Universidad de Donghua (China). "Los electrolitos, en comparación con los electrolitos líquidos utilizados habitualmente, se mostraron muy prometedores para mejorar los resultados en los ánodos basados en Si. Junto con los electrolitos líquidos de nuevo diseño, los electrolitos en estado sólido deben tener propiedades físicas y electroquímicas adecuadas, así como coste, energía, seguridad e incombustibilidad, que podrían ser atractivos para su estudio en el ánodo de Si de las LIB. Gazi Farhan Ishraque Toki, primer autor de esta revisión, afirma que "ya es hora de que las medidas de seguridad sean una prioridad en los nuevos descubrimientos".
Aún queda mucho por hacer para desarrollar una nueva estrategia de arquitectura de materiales anódicos basados en Si. Además de los experimentos, existen programas informáticos como COMSOL Multiphysics, la simulación ANSYS, etc. para el análisis teórico, que podrían ser un complemento beneficioso para la eficacia de los ánodos de Si en las baterías de litio. Con los datos experimentales, podríamos analizar muchas optimizaciones para obtener la configuración adecuada de aglutinantes, compuestos y electrolitos a partir de una variación de su configuración con los resultados experimentales.
"En esta revisión, nuestro principal objetivo es ofrecer a los lectores los últimos avances en investigación y estrategias de diseño de materiales en este campo", afirmó Jianping Yang.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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