Ánodos híbridos de grafito y nanopartículas de magnetita para baterías de ion-litio

BRACAMONTE, M. VICTORIA; E. PRIMO; G. L. LUQUE; L. VENOSTA; P. G. BERCOFF; D. E. BARRACO

La Plata

Congreso; Nano 2018; 2018

Las nanopartículas (NP) de metales detransición han sido ampliamente investigadas como materiales activos de ánodos para baterías de ion-litio (LIB) dado que, por un lado, intensifican lapresencia de sitios activos para almacenamiento de litio debido a su elevadarelación superficie/volumen, dando lugar a un aumento considerable de lacapacidad específica; y,por otra parte, incrementanel área de contacto con el electrolito, conduciendo a un mayor flujo de ionesde litio a través de la interfaz electrodo/electrolito [1]. En particular, lamagnetita (Fe3O4) es un óxido metálico, amigable con el medio ambiente y debajo costo, que puede llevar a cabo una conversión reversible con iones Li+otorgándole una capacidad teórica de 924 mA hg-1. Sin embargo, este materialpresenta baja conductividad, gran expansión volumétrica durante la litiación/delitiación y consecuentepérdida de la capacidad, entre otros inconvenientes [2]. Una estrategia que se ha empleado para obtener unmaterial con mejores prestaciones consiste en combinar nanopartículas de Fe3O4con grafito para generar un electrodo compuesto que proporcione soluciones alos problemas anteriormente mencionados. Para explorar esta idea,en este trabajo se usaron trestipos de grafito (G1, G2 yG3), diferenciados por su tamaño de partícula (2, 17 y 410 μm,respectivamente), como soportes para la precipitación de NP de Fe3O4. Loshíbridos obtenidos (Fe3O4-G) fueron caracterizados fisicoquímicamente determinándosela presencia de nanopartículas principalmente en los bordes de las estructurascon porcentaje en peso de Fe3O4 de 9% para Fe3O4-G1,16 % para Fe3O4-G2 y18 % para Fe3O4-G3.Electroquímicamente, las muestras de Fe3O4-Gexhiben dos regiones cuando soncicladas galvanostáticamente entre 3.000 y 0.010 V.La primera (alrededor de 0.700 V) corresponde a la litiación de las NP de Fe3O4 y la formación de Li2O y Fe metálico. Lasegunda (alrededor de 0.100 V) surge de la intercalación de iones Li en losplanos grafíticos. Como consecuencia, ambos constituyentes juegan un papelsinérgico en la captación de litio y el perfil de capacidad observado. Para losánodos estudiados en este trabajo, se obtuvo que aquellos basados en Fe3O4-G1 yG2 retienen su capacidad específica después de numerosos ciclos decarga-descarga, mientras que empleando Fe3O4-G3hay una pérdida del 50 % de la capacidad inicial en los primeros ciclos. Estomuestra que el tamaño de las partículas decarbono usadas para la síntesis de los híbridos juega un papel determinante en el rendimiento delLIB debido a la modulación de la conectividad entre las zonas activas de Fe3O4.