Diseño racional de la capa de fosfatación en carbonos duros derivados de la biomasa hacia la capacidad de carga...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los carbones duros (HC) derivados de la biomasa se enfrentan a desafíos en la estabilidad del ciclo y la carga rápida debido a las reacciones secundarias con los electrolitos.
• Una interfaz sólida estable de electrolitos (SEI) y una fácil desolución de iones de sodio (Na+) son cruciales para las baterías de iones de sodio de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Mejorar el rendimiento de carga rápida y la estabilidad del ciclo de los ánodos de carbono duro derivados de la biomasa.
• Investigar el papel del fosfuro de sodio (Na3P) en la regulación de la interfaz de electrolitos sólidos (SEI) y la facilitación de la difusión de iones de sodio.

Principales métodos:

• Cálculos teóricos para predecir el efecto del Na3P en la energía de solvación y desolvación del Na+.
• Fabricación de carbono duro a partir de polvo de bambú con una capa de fosfuro superficial mediante sublimación de fósforo rojo.
• Ensamblaje y ensayo electroquímico de las celdas completas y de las celdas en bolsa utilizando el ánodo de carbono duro modificado.

Principales resultados:

• Los cálculos teóricos confirmaron que el Na3P reduce la barrera energética de desolución y mejora la difusión de Na+ a través del SEI.
• El carbono duro modificado (HC-3 wt% P) exhibió un rendimiento de velocidad excelente, logrando 78 mAh g-1 a 10 C.
• La célula de bolsa demostró un ciclo estable durante 1000 ciclos a 0,5 C, superando a los carbones duros derivados del bambú reportados anteriormente.

Conclusiones:

• La modificación de la superficie con Na3P regula efectivamente el SEI, mejorando el rendimiento electroquímico de los ánodos de carbono duro derivados de la biomasa.
• Esta estrategia ofrece una vía prometedora para el desarrollo de baterías de iones de sodio avanzadas con capacidades de carga rápida mejoradas.
• Los resultados proporcionan información valiosa para el diseño de capas de IES estables para sistemas de almacenamiento de energía de alto rendimiento.