Explorando nanocompósitos Fe3O4@C como materiais anódicos para lítio

A bateria de íons de lítio (LIB) é amplamente utilizada em veículos elétricos e dispositivos portáteis, como telefones celulares e laptops. Contudo, as LIBs atuais apresentam limitações em termos de capacidade específica e desempenho de taxa, dificultando o atendimento à crescente demanda por longos tempos de trabalho em dispositivos eletrônicos.

Para resolver este problema, os pesquisadores têm explorado novos materiais anódicos com alta capacidade específica e estabilidade de ciclagem. Um material promissor é o óxido ferroférrico (Fe3O4), que possui alta capacidade teórica específica, baixo custo e ecologicamente correto. No entanto, o Fe3O4 sofre de rápida queda de capacidade e propriedades de transferência de carga deficientes.

Para superar essas desvantagens, diferentes estratégias têm sido empregadas para aumentar a estabilidade estrutural e a condutividade elétrica do Fe3O4. Fe3O4 nanoestruturado, como nanopartículas e nanobastões, foram sintetizados para aliviar o estresse e reduzir a distância de difusão Li/Li+. Nanocompósitos de Fe3O4 revestidos com carbono e nano-Fe3O4 envoltos em grafeno também foram desenvolvidos para melhorar a estabilidade do ciclo, servindo como amortecedor e melhorando a transferência de carga.

Além disso, a construção de cascas de gema ou outras estruturas ocas tem sido explorada para obter efeitos estruturais únicos. Estruturas metal-orgânicas (MOFs) têm sido utilizadas como precursores para preparar materiais porosos funcionais com formatos desejados. Vários nanocompósitos [protegidos por email] foram sintetizados e exibiram excelente desempenho eletroquímico como materiais anódicos para LIBs.

Neste trabalho, foi apresentado um método de aplicação em larga escala para preparar nanocompósitos [protegidos por email] com morfologias controláveis. Os nanocompósitos mostraram excelentes desempenhos eletroquímicos, incluindo impressionante desempenho de ciclagem e capacidade de alta taxa.

Os nanocompósitos [protegidos por email] foram sintetizados pela carbonização do precursor de ferroceno moído com plasma assistido. Os componentes da fase e a morfologia dos nanocompósitos foram examinados usando XRD, SEM e STEM. O teor de carbono foi determinado por meio de análise TG, e a estrutura dos poros e a área superficial específica foram avaliadas por isotermas de adsorção/dessorção de nitrogênio. Espectros Raman e XPS também foram realizados para análise posterior.

Medições eletroquímicas foram realizadas utilizando os nanocompósitos sintetizados [protegidos por email]. Os nanocompósitos foram revestidos com folha de Cu para montar baterias tipo botão. As medições de carga/descarga foram realizadas usando um sistema de teste de bateria.

No geral, os nanocompósitos [protegidos por email] mostraram potencial promissor como materiais anódicos para LIBs, com capacidade específica aprimorada, estabilidade de ciclagem e capacidade de alta taxa.