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Las baterías de iones de litio de alta energía se están investigando a fondo para su uso en futuros vehículos eléctricos (EV) y plataformas de almacenamiento de energía escalables. Debido a su alta capacidad de almacenamiento de litio (Li), el silicio (Si) se ha considerado como una posible opción de ánodo. Aún así, su velocidad y rendimiento de ciclo necesitan mejorar para ver un uso continuo.[if–>
![Compositing with V2C MXene Nanosheets Enhances LIB Si Anode](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39399_16576337336986655.jpg)
Study: Enhancing Role of Structurally Integrated V2C MXene Nanosheets on Silicon Anode for Lithium Storage. Image Credit: petrmalinak/Shutterstock.com
A structural integration approach was reported in a study printed in the Journal of Alloys and Compounds for overcoming the main problems of inadequate capacity retention and sluggish kinetics during lithium (Li) storage in silicon anodes.
Areas of Improvement in Lithium-ion Batteries
Lithium-ion batteries have been extensively used as effective electrolytic systems for storing and converting energy in compact electrical devices and EVs. Nonetheless, enhancements to power and energy density, operational life, and quick charge capability are still needed.
As current graphitic anode materials have a limited Li storing capacity, producing silicon-based anodes with significantly higher Li storage capacities, as well as good reliability and cheap costs, is very important for cutting-edge high energy lithium-ion batteries.
Issues with Using Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries
When using the silicon anodes for Li storage, naturally low electric conductivities, significant volume changes, slow kinetics, and unsatisfactory cyclic stability must be overcome.
Many approaches have been studied to increase silicon-based anodes’ electrolytic capabilities, like the synthesis of Si/C composites, surface treatment, and nano-engineering of silicon particles.
MXenes, carbon nanotubes (CNTs), carbon nanofibers, and graphene-based materials have been used to incorporate silicon particles in order to create silicon-based compound anodes with improved performance.
Why Use MXenes?
MXenes have been shown to greatly increase the Li storing capacity for silicon-based anode materials.
Vanadium carbide (V2C), among the lightest substances in the MXene group, demonstrates distinct benefits of outstanding electrical conduction, mechanical robustness, and electrolytic pseudo-capacitive characteristics for energy applications. V2C is therefore a promising part of composite silicon particles for improved Li storing capabilities.
Like Ti3C2 MXenes, V2CTx MXene exhibits strong dispersion mobility on its surface for lithium ions. As V2CTx has a lower energy threshold than graphite and graphene, lithium ions disperse quickly on its surface, making it a suitable platform for silicon anodes.
Challenges Faced
The production of pristine V2C is difficult owing to its large formation energy requirements when removing the aluminum from the V2AlC MAX powder.
Nanoscale [email protected]3C2 MXene Composite tiene una batería de 188 mAh-1 Capacidad de más de 150 ciclos, que muestra un rendimiento de velocidad insuficiente, lo que podría deberse a que las nanopartículas de silicio (NP) se vuelven a apilar y dificultan la interacción adecuada entre las NP de silicio y el Ti3C2 nanopelículas.
Aunque la nanoescala [email protected] El compuesto muestra un mejor comportamiento electrolítico, la contribución de la capacidad del grafeno está limitada por la lenta tasa de transporte de iones de litio y la mala cinética de la reacción de oxidación-reducción. Por lo tanto, sigue siendo difícil mantener la integridad estructural de la plataforma mientras se asegura una dispersión homogénea de las NP de silicio.
Resultados de la investigacion
Basado en la fabricación efectiva de V2C nanofilms, uno asistido por MXen [email protected]2En este estudio, se examinó el nanocompuesto C. Se utilizó un enfoque asistido por ultrasonido eficiente para depositar NP de silicio en V in situ2nanopelículas C.
Al combinar NP de silicio con V2C MXene nanofilms, la capacidad de almacenamiento de Li del ánodo de silicio se ha mejorado considerablemente.
La capacidad teórica de los desarrollados [email protected]2El ánodo de C es significativamente mayor que la capacidad del ánodo de Si puro. El efecto sinérgico de las NP de silicio activo con litio y la V eléctricamente conductora2Los refuerzos C MXene para el almacenamiento de Li son la razón de la mayor estabilidad cíclica y el rendimiento de velocidad del ánodo compuesto.
La investigación mostró que la integridad estructural de la V2C mejora el proceso de delitiación del Li litiadoXLas aleaciones de Si también pueden mejorar la estabilidad de la estructura del ánodo a base de silicio, lo que da como resultado una mejora en la velocidad y el comportamiento cíclico del [email protected]2Ánodo compuesto C.
El enfoque de ingeniería establecido en este estudio, que se basa en el contenido de MXene, podría permitir el uso de ánodos basados en silicio para mejores baterías de iones de litio.
Relación
Bashir T, Li X y otros. (2022). Fortalecimiento del papel de V estructuralmente integrado2C Nanoláminas MXene en ánodo de silicio para almacenamiento de litio. Revista de Aleaciones y Compuestos. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838822026044?via%3Dihub
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