Exploración de nanocompuestos de Fe3O4@C como materiales anódicos para litio

La batería de iones de litio (LIB) se utiliza ampliamente en vehículos eléctricos y dispositivos portátiles como teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Sin embargo, los LIB actuales tienen limitaciones en términos de capacidad específica y rendimiento de velocidad, lo que dificulta satisfacer la creciente demanda de largos tiempos de trabajo en dispositivos electrónicos.

Para abordar este problema, los investigadores han estado explorando nuevos materiales anódicos con alta capacidad específica y estabilidad cíclica. Un material prometedor es el óxido ferroférrico (Fe3O4), que tiene una alta capacidad teórica específica, bajo costo y respeto al medio ambiente. Sin embargo, el Fe3O4 sufre una rápida caída de capacidad y malas propiedades de transferencia de carga.

Para superar estas desventajas, se han empleado diferentes estrategias para mejorar la estabilidad estructural y la conductividad eléctrica del Fe3O4. Se ha sintetizado Fe3O4 nanoestructurado, como nanopartículas y nanobarras, para aliviar el estrés y reducir la distancia de difusión Li/Li+. También se han desarrollado nanocompuestos de Fe3O4 recubiertos de carbono y nano-Fe3O4 envueltos en grafeno para mejorar la estabilidad del ciclo sirviendo como amortiguador y mejorando la transferencia de carga.

Además, se ha explorado la construcción de cáscara de yema u otras estructuras huecas para lograr efectos estructurales únicos. Las estructuras organometálicas (MOF) se han utilizado como precursores para preparar materiales porosos funcionales con las formas deseadas. Se han sintetizado varios nanocompuestos [email protected] que han mostrado un excelente rendimiento electroquímico como materiales anódicos para LIB.

En este trabajo, se presentó un método de aplicación a gran escala para preparar nanocompuestos [email protected] con morfologías controlables. Los nanocompuestos mostraron rendimientos electroquímicos sobresalientes, incluido un rendimiento cíclico impresionante y una capacidad de alta velocidad.

Los nanocompuestos [email protected] se sintetizaron carbonizando el precursor de ferroceno molido con bolas asistido por plasma. Los componentes de fase y la morfología de los nanocompuestos se examinaron mediante XRD, SEM y STEM. El contenido de carbono se determinó mediante análisis TG y la estructura de los poros y el área de superficie específica se evaluaron mediante isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno. También se realizaron espectros Raman y XPS para análisis posteriores.

Las mediciones electroquímicas se realizaron utilizando los nanocompuestos sintetizados [email protected]. Los nanocompuestos se recubrieron con una lámina de Cu para ensamblar pilas de botón. Las mediciones de carga/descarga se realizaron utilizando un sistema de prueba de batería.

En general, los nanocompuestos [email protected] mostraron un potencial prometedor como materiales anódicos para LIB, con capacidad específica mejorada, estabilidad cíclica y capacidad de alta velocidad.