Um design inspirado na asa de uma libélula para baterias de lítio de alta energia
Um eletrólito polimérico solidificado in-situ mecanicamente robusto para ânodos à base de SiOx
Na procura de baterias de iões de lítio (LIBs) com maior densidade energética, os investigadores estão constantemente a explorar soluções inovadoras para melhorar o desempenho dos ânodos à base de SiOx. Um artigo recente publicado na Nano-Micro Lettersda autoria do Professor Guanglei Cui e do Professor Huanrui Zhang do Instituto de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos de Qingdao, da Academia Chinesa de Ciências, apresenta um eletrólito polimérico inovador inspirado na microestrutura das asas das libélulas, que oferece propriedades mecânicas e desempenho eletroquímico superiores.
Porque é que esta investigação é importante
- Estabilidade eletroquímica melhorada: Os ânodos baseados em SiOx são conhecidos pela sua elevada capacidade específica teórica, o que os torna atractivos para LIBs de alta densidade energética. No entanto, a sua alteração significativa de volume e a rápida diminuição da capacidade durante o ciclo colocam desafios às aplicações práticas. Este estudo introduz um eletrólito polimérico (PPM-PE) que suprime eficazmente estes problemas, formando uma interfase estável de eletrólito sólido (SEI) e reduzindo a decomposição do eletrólito.
- Propriedades mecânicas melhoradas: O PPM-PE, inspirado na estrutura de separação de fases das asas das libélulas, apresenta excelentes propriedades mecânicas, incluindo um elevado alongamento na rutura e resistência à rutura. Estas propriedades ajudam a atenuar a expansão do volume dos eléctrodos de SiOx e a manter a integridade estrutural durante o ciclo.
- Potencial para aplicações práticas: O PPM-PE permite melhorias significativas no desempenho do ciclo e da taxa em células completas do tipo botão e de embalagem flexível com eléctrodos à base de SiOx, demonstrando o seu potencial para utilização prática em LIBs de alta densidade energética.
Design e mecanismos inovadores
- Microestrutura inspirada na asa da libélula: O PPM-PE foi concebido com uma estrutura de separação de microfases, imitando a fase rígida das veias das asas e a fase macia da membrana das asas das libélulas. Esta estrutura é obtida através da polimerização in-situ de ésteres de fosfato bicíclicos e monómeros contendo motivos de uretano (PU) e metacrilato de metilo (MMA) num eletrólito orgânico líquido. Os segmentos de PU e os motivos de MMA formam uma rede de polímeros 3D que protege contra o stress e estabiliza o SEI.
- Propriedades mecânicas superiores: As películas PPM-PE apresentam um alongamento na rutura de 161% e uma resistência à rutura de 1,58 MPa, superando significativamente o desempenho de outros electrólitos poliméricos. Esta robustez mecânica ajuda a suportar as alterações de volume dos eléctrodos de SiOx e a manter um SEI estável durante o ciclo.
- Desempenho eletroquímico melhorado: O PPM-PE apresenta um elevado número de transferência de lítio (tLi+) de 0,57 e uma resistência à oxidação superior a 5,25 V, contribuindo para uma cinética de reação eletroquímica mais rápida e para um melhor desempenho da taxa. A camada SEI reforçada com polímero e rica em LiF estabiliza ainda mais a estrutura do elétrodo e reduz a decomposição do eletrólito.
Aplicações e perspectivas futuras
- LIBs de alta densidade energética: O PPM-PE demonstra um excelente desempenho eletroquímico em meias-células à base de SiOx e em células completas de pacote macio, com uma retenção de capacidade de 88,14% após 148 ciclos a uma taxa de 1C e 80,81% após 250 ciclos a uma taxa de 0,4C. Estes resultados realçam o potencial do PPM-PE para aplicações práticas em LIBs de alta densidade energética.
- Investigação futura: O trabalho futuro centrar-se-á na otimização do design do eletrólito polimérico para melhorar o seu desempenho e explorar a sua aplicação noutros tipos de baterias de alta densidade energética. A filosofia de conceção inspirada na asa da libélula também pode ser aplicada a outros materiais e sistemas de baterias para melhorar as suas propriedades mecânicas e electroquímicas.
Este eletrólito polimérico inovador, inspirado na microestrutura das asas das libélulas, representa um passo significativo no desenvolvimento de ânodos de alto desempenho baseados em SiOx para baterias de iões de lítio. Fique atento a mais investigação inovadora da equipa do Professor Guanglei Cui e do Professor Huanrui Zhang, que continuam a alargar os limites da tecnologia de armazenamento de energia.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Cizhen Luo, Huanrui Zhang, Chenghao Sun, Xing Chen, Wenjun Zhang, Pengzhou Mu, Gaojie Xu, Rongxian Wu, Zhaolin Lv, Xinhong Zhou, Guanglei Cui; "A Mechanically Robust In-Situ Solidified Polymer Electrolyte for SiOx-Based Anodes Toward High-Energy Lithium Batteries"; Nano-Micro Letters, Volume 17, 2025-5-8
Outras notícias do departamento ciência
Estes produtos podem lhe interessar
Battery Testing Services por Battery Dynamics
Saiba mais sobre o desempenho e a vida útil das células da sua bateria em menos tempo
Beneficiar de uma tecnologia de medição moderna e de uma equipa experiente
Batt-TDS por ystral
Máquina de mistura e dispersão YSTRAL Batt-TDS
Impulsione o seu processo de polpa de bateria
