Los investigadores muestran grafino

Investigadores de Francia y Países Bajos han demostrado que tanto las superficies de grafino como de grafdiino en una batería de Li-metal de estado sólido permiten de manera efectiva la intercalación de Li al tiempo que evitan que otras moléculas de electrolitos alcancen los electrodos. Se publica un artículo sobre su trabajo en Journal of Power Sources.

Los electrolitos totalmente sólidos podrían conducir a un avance tecnológico en el rendimiento de las baterías totalmente de estado sólido cuando se combinan con un ánodo de litio-metal. Sin embargo, el uso de un ánodo de litio-metal presenta varios desafíos, como el crecimiento de dendritas, la estabilidad electroquímica de la interfaz, la formación y propagación de grietas y la delaminación de las interfaces electrodo/electrolito.

Este trabajo tiene como objetivo explorar la efectividad del uso de membranas basadas en grafino 2D recientemente sintetizadas (a saber, grafino, grafodiino y gratriino) para la protección de electrodos en una batería de electrolito de polímero sólido mediante cálculos del primer principio, método de banda elástica empujada y simulación de dinámica molecular clásica. .

Específicamente, nuestro objetivo es investigar la eficacia de estas membranas para mitigar los desafíos antes mencionados.

Los investigadores propusieron una solución alternativa que evita el contacto directo entre electrolitos y electrodos recubriendo los electrodos con capas de grafino-n (n = 1, 2, 3) que son permeables a pequeños cationes, como Li+ y Na+.

Graphyne (n = 1), Graphdiyne (n = 2) y Graphtriyne (n = 3) son alótropos de carbono 2D compuestos de enlaces acetilénicos (sp-) y benceno (anillos aromáticos) (átomos de carbono con hibridación sp). Graphyne es una hoja plana de un átomo de espesor. Graphdiyne, sintetizado desde 2010, es el alótropo de carbono no natural más estable que contiene enlaces de diacetileno. Debido a una estructura porosa que contiene poros triangulares de tamaños 3,94 Å, 5,42 Å y 6,69 Å para grafino, grafdiino y gratriino, respectivamente, y carbonos conjugados, el grafino-n proporciona sitios de almacenamiento y vías de difusión para iones pequeños como el Li+.

Por lo tanto, el Li+ puede difundirse en direcciones paralelas y perpendiculares a las capas de grafino-n, lo que convierte al grafino-n en un material 2D prometedor en baterías de almacenamiento de energía.

El modelo de batería estudiado consistió en electrolitos de polímero sólido (SPE) delimitados por dos superficies de grafino-n, donde cada superficie está compuesta por cuatro capas de una lámina de grafino-n, con n = 1, 2 o 3.

Los investigadores aplicaron un alto campo eléctrico externo de hasta 0,5 V/Å, 0,75 V/Å y 1 V/Å para acelerar el proceso de difusión de iones. Se investigaron las energías de adsorción, la transferencia de carga y la difusión dentro y fuera del plano de un solo litio en superficies basadas en grafino. Posteriormente, calcularon y compararon la permeabilidad del Li, la eficiencia de rechazo de las moléculas de electrolito y las propiedades intrínsecas de las membranas nanoporosas basadas en grafino.

Recursos

Mohammed Lemaalem, Nabil Khossossi, Gaelle Bouder, Poulumi Dey, Philippe Carbonnière (2023) “Membrana basada en grafino como candidato prometedor para la protección de electrodos de baterías de litio: información a partir de simulaciones atomísticas”, Journal of Power Sources, Volumen 581 doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

Publicado el 20 de agosto de 2023 en Baterías, Li-metal, Antecedentes del mercado, Materiales | Enlace permanente | Comentarios (0)