Incremento en la capacidad de almacenamiento de ion litio de Li5Ti4O12 mediante grafitización a partir de sacarosa

CHAUQUE SUSANA; GERMAN LENER; BARRACO DANIEL; LEIVA EZEQUIEL; OLIVA FABIANA; CÁMARA OSVALDO

Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

Asociación Argentina de Investigaciones en Físico Química y Química Inorgánica

Motivación:En los últimos años se ha estado estudiando intensamentela espinela detitanato de litioLi4Ti5O12 (LTO) ya que es considerada como un material prometedor para ánodos de baterías de ión litio (BIL) por sus características en el almacenamiento de ion litio. Los ánodos de LTO presentan un potencial plano de carga/descarga relativamente alto (1,55V vs Li+/Li), lo que evita la formación de la SEI debido a la descomposición del electrolito, permitiendo sostener altas densidades de corriente y reducir los problemas de seguridad. Sin embargo, la baja conductividad electrónica (<10-13 S cm-1)1,2 y su relativamente bajo coeficiente de difusión de Li+ (10-12 cm2s-1)3 son responsables de un insuficiente rendimiento en la velocidad de carga/descarga. Una estrategia para incrementar la conductividad electrónica es la síntesis de materiales híbridos mezclando LTO con agentes carbonosos altamente conductores (Carbon Black4, nanotubos de carbono5, o grafeno6).En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en las propiedades electroquímicas de carga/descarga, rate capability y coeficientes de difusión de ánodos de materiales híbridos de LTO/C preparados a partir deuna carbonizaciónutilizando sacarosa en H2SO4y tratados térmicamente a diferentes temperaturas (500, 700 y 900 ºC) para lograr su grafitización. Resultados:Se sintetizaron compuestos híbridos de LTO/Cutilizando como fuente de carbonoa la reacción de deshidratación de sacarosa en H2SO4y posterior tratamiento térmico en argón a 500, 700 y 900 ºC. La cantidad de carbono grafito obtenido en cada síntesis fue determinado mediante TGA con el objetivo de conocer la masa exacta de LTO resultante,y a partir de ella determinar las capacidades específicas.Todas las respuestas electroquímicas fueron comparadas respecto al LTO de partida. A 700 ºC se obtuvo la mejor respuesta en cuanto a capacidad de almacenamiento de ion Li+, estabilidad con el ciclado y la mejor capacidad de descarga en los experimentos de rate capability. Conclusiones: El proceso de grafitización produce importantes mejoras en la capacidad de almacenamiento de ion Li+debido al aumento en la conductividad entre partículas que este tratamiento proporciona. Se determinó que existe una temperatura óptima de grafitización (700 ºC), por debajo de la cual el carbono no presenta una estructura cristalina adecuada (500 ºC) y a temperaturas mayores (900 ºC) una pequeña cantidad de oxígeno por su alta reactividad, descompone el carbono en CO2.Referencias[1] C.H. Chen, J.T. Vaughey, A.N. Jansen, D.W. Dees, A.J. Kahaian, T. Goacher, M.M. Thackeray, J. Electrochem. Soc. 148 (2001) A102.[2] T. Yuan, X. Yu, R. Cai, Y. Zhou, Z. Shao, J. Power Sources 195 (2010) 4997-5004.[3] S. Chauque, C. B. Robledo, E. P. M. Leiva, F. Y. Oliva, O. R. Camara, ECS Trans., 63(1), 113 (2014)[4]M. Vujkovi_c, I. Stojkovi_c, M. Mitri_c, S. Mentus, N. Cvjeti_canin, Mater. Res. Bull. 48 (2013) 218-223[5] J.-H. Choi, W.-H. Ryu, K. Park, J.-D. Jo, S.-M. Jo, D.-S. Lim, I.-D. Kim, Sci. Rep. 4 (2014) 7334[6] Y. Shi, L. Wen, F. Li, H.-M. Cheng, J. Power Sources 196 (2011) 8610-8617.[6] Seung-Beom Yoon,a Hyun-Kyung Kim,a Kwang Chul Roh,b,z and Kwang-Bum Kima,z J. of The Electrochem. Soc. 162 (2015) A667.