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Jun 26, 2023

Sodio

Pusan National University, Busan, South Korea Lithium-ion batteries have high

Università Nazionale di Pusan, Busan, Corea del Sud

Le batterie agli ioni di litio hanno un'elevata densità di energia e un lungo ciclo di vita, che le rendono indispensabili nell'elettronica portatile e nei veicoli elettrici. Tuttavia, il costo elevato e la fornitura limitata di litio richiedono lo sviluppo di sistemi di stoccaggio dell’energia alternativi. A tal fine, i ricercatori hanno suggerito le batterie agli ioni di sodio (SIB) come possibile candidato.

Oltre ad avere proprietà fisico-chimiche simili a quelle del litio, il sodio è sostenibile ed economico. Tuttavia, i suoi ioni sono grandi e con una cinetica di diffusione lenta, che ne ostacola l’accomodamento all’interno delle microstrutture di carbonio degli anodi di grafite commercializzati. Di conseguenza, gli anodi SIB soffrono di instabilità strutturale e scarse prestazioni di stoccaggio. A questo proposito, i materiali carboniosi drogati con eteroatomi si stanno dimostrando promettenti. Tuttavia, la loro preparazione è complicata, costosa e richiede molto tempo.

Un team di ricercatori, guidato dal professor Seung Geol Lee dell’Università Nazionale di Pusan ​​in Corea, ha utilizzato i chinacridoni come precursori per preparare anodi SIB carboniosi. "I pigmenti organici come i chinacridoni hanno una varietà di strutture e gruppi funzionali. Di conseguenza, sviluppano diversi comportamenti di decomposizione termica e microstrutture. Se utilizzati come precursori per materiali di accumulo di energia, i chinacridoni pirolizzati possono variare notevolmente le prestazioni delle batterie secondarie. Pertanto , è possibile implementare una batteria altamente efficiente controllando la struttura dei precursori dei pigmenti organici", ha spiegato Lee.

I ricercatori si sono concentrati sul 2,9-dimetilchinacridone (2,9-DMQA) nel loro studio. 2,9-DMQA ha una configurazione di impaccamento molecolare parallelo. Dopo la pirolisi (decomposizione termica) a 600 °C, il 2,9-DMQA è passato dal rossastro al nero con un'elevata resa di char di 61 eseguiti. I ricercatori hanno poi eseguito un’analisi sperimentale completa per descrivere il meccanismo sottostante della pirolisi.

Hanno proposto che la decomposizione dei sostituenti metilici generi radicali liberi a 450 °C, che formano idrocarburi policiclici aromatici con una microstruttura cresciuta longitudinalmente risultante dal collegamento dei legami lungo la direzione parallela dell'impaccamento. Inoltre, i gruppi funzionali contenenti azoto e ossigeno nel 2,9-DMQA hanno rilasciato gas, creando domini disordinati nella microstruttura. Al contrario, il chinacridone pirolizzato non sostituito ha sviluppato strutture altamente aggregate. Ciò ha suggerito che lo sviluppo morfologico fosse significativamente influenzato dall’orientamento cristallino del precursore.

Inoltre, il 2,9-DMQA pirolizzato a 600 °C ha mostrato un'elevata capacità di velocità (290 mAh/g a 0,05 A/g) e un'eccellente stabilità del ciclo (134 mAh/g a 5 A/g per 1000 cicli) come SIB anodo. I gruppi contenenti azoto e ossigeno hanno ulteriormente migliorato lo stoccaggio della batteria attraverso il confinamento superficiale e l’incremento della distanza tra gli strati.

"I pigmenti organici come i chinacridoni possono essere utilizzati come materiali anodici nelle batterie agli ioni di sodio. Data l'elevata efficienza, forniranno una strategia efficace per la produzione di massa di sistemi di accumulo di energia su larga scala", ha affermato Lee.

Per ulteriori informazioni, contattare il Professor Seung Geol Lee all'indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di marzo 2023 di Battery & Electrification Technology Magazine.

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