Nanohojas de fósforo negro como navegadores de iones eficientes a temperatura ambiente en electrolitos de polímero...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ciencias de los Polímeros

Sus antecedentes:

• Los electrolitos de polímero sólido (SPE) son cruciales para las baterías de estado sólido (ASSB) debido a su procesamiento y flexibilidad.
• Sin embargo, la baja conductividad iónica de los SPE limita su aplicación práctica.
• Los electrolitos poliméricos compuestos (CPE) ofrecen una solución mediante la incorporación de aditivos funcionales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un electrolito de polímero compuesto de alto rendimiento (CPE) para baterías de estado sólido (ASSB).
• Para mejorar la conductividad iónica y la estabilidad electroquímica de los electrolitos a base de poliacrilonitrilo (PAN).
• Investigar los efectos sinérgicos de las nanohojas de fósforo negro (BPN) y las nanopartículas de SiO2 (SO) en un CPE basado en PAN.

Principales métodos:

• Fabricación de un electrolito de polímero sólido de triple compuesto utilizando poliacrilonitrilo (PAN), nanohojas de fósforo negro (BPN) y nanopartículas de SiO2 (SO).
• Caracterización electroquímica, incluidas las mediciones de conductividad iónica y la determinación de la ventana de estabilidad electroquímica.
• Pruebas de rendimiento de la batería utilizando celdas de moneda (grafito/LiFePO4) y celdas de bolsa, incluida la estabilidad del ciclo y la capacidad de velocidad.
• Modelado computacional para elucidar el mecanismo de transporte de iones.

Principales resultados:

• Se logró una conductividad iónica de 4,41 × 10^-4 S cm^-1 en el PAN-BPN-SO-LiClO4 CPE, un aumento de 65 veces en comparación con el PAN-LiClO4.
• Se ha demostrado una amplia ventana de estabilidad electroquímica de hasta 4,68 V frente a Li/Li+, adecuada para cátodos de alta tensión.
• Exhibieron buenas capacidades de descarga (146 mAh g^-1 a 0.1C) y retención de capacidad del 75% después de 100 ciclos.
• Una celda completa mostró un rendimiento mejorado a temperaturas elevadas, y una celda de bolsa demostró una excelente flexibilidad mecánica y seguridad.

Conclusiones:

• El electrolito de polímero triple compuesto basado en PAN desarrollado exhibe una conductividad iónica y estabilidad electroquímica significativamente mejoradas.
• La combinación sinérgica de BPN y SO facilita efectivamente el transporte de Li+ y mejora las propiedades de los electrolitos.
• Este CPE avanzado es muy prometedor para el desarrollo de baterías de alto rendimiento y seguras.