Correlación de la estructura local y el almacenamiento de sodio en los ánodos de carbono duro: información del...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los carbones duros son materiales de ánodo prometedores para las baterías de iones de sodio.
• Los mecanismos precisos de almacenamiento de iones de sodio en carbonos duros no se comprenden completamente.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los entornos atómicos locales de almacenamiento de sodio en los carbones duros.
• Revisar el mecanismo de almacenamiento de sodio en los ánodos de carbono duro.
• Para correlacionar la microestructura de carbono duro con la capacidad de almacenamiento de sodio.

Principales métodos:

• Análisis operando y ex situ de la función de distribución de pares de los datos de dispersión total.
• Operando con espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de estado sólido de 23Na.
• Modelado de las estructuras locales de carbono basadas en la temperatura de pirólisis.

Principales resultados:

• La estructura de carbono duro consiste en bicapas curvas de grafeno; el tamaño y la curvatura del fragmento dependen de la temperatura de pirólisis.
• La capacidad de mayor voltaje se correlaciona con la concentración de defectos, mientras que la capacidad de menor voltaje se relaciona con tamaños de fragmentos más grandes.
• Los iones de sodio se almacenan cerca de regiones de carbono defectuosas a voltajes más altos, formando grupos de sodio metálico (13-15 Å) a voltajes más bajos.

Conclusiones:

• La estructura atómica local dicta significativamente la capacidad de almacenamiento de sodio en los carbonos duros.
• La formación de grupos de sodio, más que el tamaño del grupo, determina la capacidad de menor voltaje.
• La optimización de los ánodos de carbono duro requiere una cuidadosa consideración de las condiciones sintéticas para controlar las estructuras atómicas y microscópicas locales.