El uso de sulfuros metálicos duales, específicamente ZnS/CuS, muestra una marcada mejora en la estabilidad electroquímica y el rendimiento cuando se incluyen en el diseño de condensadores flexibles de iones de litio en comparación con el uso de sulfuros de metales de transición y materiales de fibra de carbono.

La tecnología se está integrando cada vez más con la vida diaria, especialmente la tecnología portátil y flexible y los dispositivos inteligentes.Sulfuro de metal de transición (TMS)materialesson populares entre las opciones de ánodos en el desarrollo de condensadores flexibles de iones de litio (FLIC), pero no están a la altura de sus capacidades teóricas cuando se ponen en práctica.Los investigadores que buscan un cambio han desarrollado nanopartículas de sulfuro de zinc que pueden integrarse en fibras de carbono multicanal (CF) para mejorar el rendimiento de los FLIC.

Los resultados fueronpublicadoenMateriales y dispositivos energéticosel 13 de diciembre.

Los investigadores abordaron los desafíos de los electrodos de polvo tradicionales utilizando un método de hilado por soplado en solución, un método que produce láminas de fibra con una alta porosidad y una gran superficie.A esto le siguió la sulfuración, que añade iones sulfuro al material.

El material resultante son fibras de carbono multicanal con nanopartículas de ZnS/CuS incrustadas.Este material mostró una menor resistencia a la transferencia de carga y a la difusión de iones, así como una capacidad específica alta y una capacidad de velocidad mejoradas.Al combinar sulfuros metálicos mixtos con un FLIC, se mejoraron las densidades de energía y potencia.

"Una estrategia eficaz para mejorar la energía y las densidades de potencia de los materiales anódicos basados ​​en CF implica acoplarlos con materiales altamente activos", dijo Bohan Li, investigador y autor del estudio.

Los metales como el zinc, cuando se combinan con sulfuros, parecen tener un buen historial junto con fibras de carbono para producir un ánodo de alta capacidad.Su alto nivel de actividad puede contribuir a una reacción más rápida, lo cual es un área importante de mejora en los FLIC.

Además del rendimiento mejorado del material, la estructura de la red de fibra de carbono reduce la posibilidad de que las nanopartículas se amontonen, lo que ayuda a mantener la consistencia en el ciclo y la estabilidad.

"Las fibras de carbono funcionan como una red conductora y una matriz 3D, acomodando la expansión del volumen y maximizando la característica de alta capacidad de las nanopartículas de ZnS y CuS. Esto mejora la capacidad específica y la estabilidad del ciclo de los materiales de ánodo basados ​​en CF", dijo Li.

La matriz tridimensional de las fibras de carbono también reduce cuánto pueden expandirse el ZnS y el CuS.La expansión de los componentes dentro de la batería puede, como mínimo, reducir el funcionamiento, pero en el peor de los casos, provocar una falla total de la batería.

Cuando llegó el momento de probar qué tan utilizable sería la tecnología bajo presión (doblada), se utilizó una celda de bolsa.Las celdas de bolsa son esencialmente un ánodo y un cátodo cerrados con un separador y material conductor;Estos se utilizan a menudo en automóviles, portátiles o teléfonos móviles.Los resultados muestran cuán flexible es la tecnología, ya que se utilizan varios ángulos de curvatura para iluminar un LED, lo que tuvo éxito en todos los ángulos.La tecnología no solo resistió la flexión inicialmente, sino que volvió a su forma original sin problemas, una parte integral de la función de la tecnología flexible.

El objetivo de este material es mejorar la tecnología existente para mejorar la variedad de dispositivos inteligentes y flexibles que se están incorporando a la corriente principal.Las mejoras en este tipo de productos electrónicos pueden conducir a una tecnología más sostenible que esté ampliamente disponible para que la aprovechen los consumidores y las empresas.Producción de nanopartículas de ZnS/CuS en continuo.carbónLa red de fibra tendría que ampliarse para que sea una tecnología disponible para su uso en dispositivos portátiles y portátiles en comparación con los TMS típicos utilizados en los FLIC.

Bohan Li, Chong Wang, Zhouyang Qin, Changzhen Zhan, Liangliang Li, Wanci Shen y Zheng-Hong Huang del Laboratorio Clave de Materiales Avanzados de la Universidad de Tsinghua con Ruitao Lv y Zheng-Hong Huang también del Laboratorio Estatal Clave de Nuevas Cerámicas yFine Processing de la Universidad de Tsinghua y Chenhui Luan de la Escuela de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Minería y Tecnología de China contribuyeron a esta investigación.

Más información:Bohan Li et al, Nanopartículas de ZnS/CuS encapsuladas en fibras de carbono multicanal como materiales anódicos de alto rendimiento para condensadores flexibles de iones de litio,Materiales y dispositivos energéticos(2023).DOI: 10.26599/EMD.2023.9370012

Proporcionado porPrensa de la Universidad de Tsinghua