Vinculadores de ingeniería microfásica bioinspirados para ánodos de silicio. | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
La electroquímica es electroquímica.
Química de Polímeros La Química de Polímeros es la química de los polímeros.

Sus antecedentes:

Los ánodos de silicio son prometedores para baterías de alta capacidad, pero sufren grandes cambios de volumen durante el ciclo.
Los aglutinantes existentes a menudo limitan el transporte de iones o no proporcionan un soporte mecánico adecuado, lo que dificulta la estabilidad a largo plazo.
El desarrollo de aglutinantes adaptativos que amortiguan la expansión del volumen mientras se mantiene la integridad de la interfaz es crucial para el rendimiento del ánodo de silicio.

Objetivo del estudio:

Desarrollar un nuevo aglutinante de base biológica con propiedades mecánicas mejoradas y capacidades de transporte de iones para ánodos de silicio.
Para investigar el comportamiento de autoensamblaje y la ingeniería de microfase del nuevo sistema de aglutinante.
Evaluar el rendimiento electroquímico y la estabilidad a largo plazo de los ánodos de silicio utilizando el aglutinante desarrollado.

Principales métodos:

Síntesis del aglutinante ácido lipoico-acrilato de rosina (LRA) utilizando la química de clic del tiol-ene.
Incorporación de LRA en los nanocristales de celulosa fosforilados (HT-PCNCs) y en los andamios de alginato-Ba2+.
Caracterización de las propiedades mecánicas del aglutinante (resistencia a la tracción, energía de fractura) y conductividad iónica.
Pruebas electroquímicas de ánodos de silicio, incluida la estabilidad del ciclo, la capacidad de velocidad y el análisis de interfase de electrolito sólido (SEI).

Principales resultados:

El aglutinante LRA exhibe una alta extensibilidad (4154%) y se autoensambla en arreglos de microfase.
La estructura de aglutinante híbrido, inspirada en la armadura de insectos, proporciona disipación de tensión localizada y autorreparación.
El aglutinante compuesto logró una alta resistencia a la tracción (308,52 MPa), energía de fractura (3288,48 MJ m−3) y conductividad iónica (33,607 mS cm−1).
Los electrodos de silicio demostraron una retención de capacidad del 83,25% después de 100 ciclos, capacidad de alta velocidad y durabilidad a largo plazo con un SEI ultrafino rico en LiF.

Conclusiones:

La ingeniería de microfasas con resolución espacial de enlaces adaptativos de base biológica es una estrategia viable para anodos de silicio avanzados.
El aglutinante basado en LRA desarrollado efectivamente amortigua los cambios de volumen, mejora la robustez mecánica y facilita el transporte de iones.
Este enfoque conduce a una mejora significativa del rendimiento electroquímico y la estabilidad a largo plazo en los ánodos de silicio.