Propiedades electroquímicas de electrodos de Sn-Co con diversos materiales aglutinantes para baterías de iones de sodio

Presentación

Con los rápidos avances tecnológicos de nuestro tiempo, sabemos que las baterías de iones de litio (LIB) se utilizan para almacenar energía en dispositivos móviles, productos eléctricos y vehículos eléctricos, y que es probable que su demanda aumente. Sin embargo, el litio es caro porque no es un metal abundante. El sodio, en cambio, es abundante y barato, y el interés por las baterías de iones de sodio (SIB) ha ido en aumento. Entre los materiales que se han investigado para su uso como ánodos de SIB figuran el carbono duro, el estaño, los materiales a base de estaño, los materiales a base de antimonio, el germanio y los materiales de óxido. Sin embargo, pocos materiales cumplen los requisitos de alta capacidad y buen rendimiento cíclico. En estudios anteriores, nos hemos centrado en el Sn-Co y hemos descubierto que presenta un mejor rendimiento cíclico que los electrodos de estaño. Además, para mejorar la ciclabilidad de los ánodos de aleación para baterías de ión-litio en los últimos años, se han investigado diversos aglutinantes, como el ácido poliacrílico (PAA), el poliacrilato sódico (PAANa), la carboximetilcelulosa sódica (CMC) y la poliimida (PI). En este estudio, se investigó el rendimiento electroquímico de electrodos negativos con PAA, PAANa, CMC y PI como materiales aglutinantes con el fin de mejorar aún más la reciclabilidad. Además, un estudio del cambio de volumen y de la fuerza de adhesión del electrodo al aglutinante revela su relación con el rendimiento cíclico.

Aplicaciones

Este trabajo se centra en el rendimiento de carga y descarga de materiales de ánodo de Sn-Co con diversos aglutinantes [fluoruro de polivinilideno (PVdF), ácido poliacrílico (PAA), poliacrilato sódico (PAANa), carboximetilcelulosa sódica (CMC) y poliimida (PI)] para iones de sodio, y estudió celdas para determinar la correlación entre el rendimiento cíclico y el rendimiento de electrodos con aglutinantes, mostrando los electrodos de Sn-Co con aglutinantes PAA o CMC un mejor rendimiento cíclico (capacidad de descarga superior a 400 mAh/g durante un máximo de 20 ciclos) en comparación con PVdF, PAANa o PI, PAANa o PI, los electrodos de Sn-Co con aglutinantes PAA o CMC mostraron un mejor rendimiento cíclico (capacidad de descarga superior a 400 mAh/g durante un máximo de 20 ciclos) utilizando PAA o CMC debido al volumen del electrodo que se produce durante el ciclado, como muestra la microscopía óptica in situ.

La imagen 1 muestra el cambio de volumen de la WE durante el primer ciclo mediante observación directa con un microscopio óptico in situ (Lasertec Corp., ECCS B310). Las tasas de expansión y contracción de las WE se estimaron en modo de análisis lineal. La sección transversal de la célula semicircular de WE/separador/CE (Na) se monitorizó utilizando un microscopio óptico de la misma manera que se informó anteriormente a través de una ventana de visualización hecha de zafiro. Se realizaron ensayos de descarga-carga en las mismas condiciones que para la pila de botón descrita anteriormente y los resultados fueron similares a los de la pila de botón.

Fuente

Autores: Yuhki Yui , Masahiko Hayashi , Katsuya Hayashi , Jiro Nakamura

Institución: NTT Device Technology Labs., NTT Corporation, Atsugi, Kanagawa, Japón b Department of Electronic Chemistry, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokio, Japón Ciencia e Ingeniería, Instituto Tecnológico de Tokio, Tokio, Japón c NTT Network Technology Labs.

Publicado: Recibido el 17 de julio de 2015; Recibido en forma revisada el 24 de noviembre de 2015; Aceptado el 2 de enero de 2016.

Palabras clave: batería de iones de sodio, ánodo, aglutinante, estaño-cobalto, microscopía óptica in situ, Secas

Journal: Elsevier B.V. Todos los derechos reservados.

Sitio web fuente del artículo.Propiedades electroquímicas del electrodo de Sn-Co con varios tipos de materiales aglutinantes para baterías de iones de sodio