Esplorazione dei nanocompositi Fe3O4@C come materiali anodici per il litio

La batteria agli ioni di litio (LIB) è ampiamente utilizzata nei veicoli elettrici e nei dispositivi portatili come telefoni cellulari e laptop. Tuttavia, le attuali LIB presentano limitazioni in termini di capacità specifica e prestazioni tariffarie, rendendo difficile soddisfare la crescente domanda di lunghi orari di lavoro nei dispositivi elettronici.

Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno esplorato nuovi materiali anodici con elevata capacità specifica e stabilità ciclica. Un materiale promettente è l'ossido ferroferrico (Fe3O4), che ha un'elevata capacità specifica teorica, basso costo ed ecocompatibilità. Tuttavia, Fe3O4 soffre di un rapido decadimento della capacità e di scarse proprietà di trasferimento di carica.

Per superare questi svantaggi, sono state impiegate diverse strategie per migliorare la stabilità strutturale e la conduttività elettrica di Fe3O4. Fe3O4 nanostrutturato, come nanoparticelle e nanobarre, è stato sintetizzato per alleviare lo stress e ridurre la distanza di diffusione Li/Li+. Sono stati sviluppati anche nanocompositi Fe3O4 rivestiti di carbonio e nano-Fe3O4 avvolti in grafene per migliorare la stabilità del ciclo fungendo da buffer e migliorando il trasferimento di carica.

Inoltre, è stata esplorata la costruzione del guscio del tuorlo o di altre strutture cave per ottenere effetti strutturali unici. Le strutture metallo-organiche (MOF) sono state utilizzate come precursori per preparare materiali porosi funzionali con le forme desiderate. Vari nanocompositi [protetti da posta elettronica] sono stati sintetizzati e hanno mostrato eccellenti prestazioni elettrochimiche come materiali anodici per LIB.

In questo lavoro è stato presentato un metodo applicativo su larga scala per preparare nanocompositi [protetti da posta elettronica] con morfologie controllabili. I nanocompositi hanno mostrato prestazioni elettrochimiche eccezionali, tra cui prestazioni ciclistiche impressionanti e capacità ad alta velocità.

I nanocompositi [protetti da e-mail] sono stati sintetizzati carbonizzando il precursore del ferrocene macinato a sfere assistito da plasma. I componenti di fase e la morfologia dei nanocompositi sono stati esaminati utilizzando XRD, SEM e STEM. Il contenuto di carbonio è stato determinato utilizzando l'analisi TG e la struttura dei pori e l'area superficiale specifica sono state valutate mediante isoterme di adsorbimento/desorbimento di azoto. Sono stati eseguiti anche spettri Raman e XPS per ulteriori analisi.

Le misurazioni elettrochimiche sono state condotte utilizzando i nanocompositi sintetizzati [protetti da posta elettronica]. I nanocompositi sono stati rivestiti su un foglio di Cu per assemblare batterie a bottone. Le misurazioni di carica/scarica sono state eseguite utilizzando un sistema di test della batteria.

Nel complesso, i nanocompositi [protetti da posta elettronica] hanno mostrato un potenziale promettente come materiali anodici per LIB, con capacità specifica migliorata, stabilità ciclica e capacità ad alta velocità.