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Dilucidando el mecanismo de intercalación de cationes litio en fibras de nanotubos de carbono

Existe un gran interés entre la comunidad cientifico-técnica por desarrollar materiales con mejores propiedades de almacenamiento para las baterías de ión-lito. Una posibilidad es sustituir el grafito, comúmente utilizado como ánodo en las baterías comerciales, por materiales carbonosos avanzados como el grafeno o los nanotubos de carbono (CNTs).

El proceso de litiación de los nanotubos de carbono  sigue siendo un tema complejo y fascinante principalmente porque sigue un mecanismo diferente con respecto a la litiación del grafito. De hecho, los aspectos fundamentales de los procesos de litiación en los CNT siguen siendo controvertidos y poco claros. Hasta la fecha, el motivo de la degradación / amorfización de los nanotubos no está claro y, en consecuencia, es difícil diseñar estrategias para mitigar o evitar por completo este comportamiento no deseado. Investigadores de IMDEA Energía en colaboración con IMDEA Materiales han publicado recientemente cuáles son los procesos electroquímicos responsables de la degradación de los CNT bajo litiación, en particular tratando de aclarar el papel del carbono amorfo, la presencia de defectos, la composición de las SEI (solid electrolyte interfase), etc. Desde el punto de vista de la aplicación, el estudio indica que las fibras de nanotubos de carbono (CNTf) no son adecuadas como material de ánodo para baterías de iones de litio principalmente debido a la alta capacidad irreversible de primer ciclo y a la histéresis de alto voltaje. Por otro lado, los CNTf muestran una alta capacidad, adecuada velocidad de respuesta y una conductividad electrónica muy prometedora. Por lo tanto, el uso de CNTf como soportes en electrodos compuestos o como colectores de corriente, así como la prelitiación, podría ayudar a explotar estas propiedades favorables y al mismo tiempo limitar el impacto de los inconvenientes mencionados.    

(*) Revealing the Mechanism of Electrochemical Lithiation of Carbon Nanotube Fibers. Nicola Boaretto*, Moumita Rana, Rebeca Marcilla, and Juan José Vilatela*. ACS Applied Energy Materials Vol. 3, 2020, Pages 8695-8705. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.0c01267

Más información: Rebeca Marcilla, Investigadora Senior, Unidad de procesos Electroquímicos, rebeca.marcilla@imdea.org

Esquema del mecanismo de litiación propuesto y espectros Raman que demuestran la amorfización del material durante el proceso

Fecha: 
Miércoles, Enero 20, 2021