Exploration des nanocomposites Fe3O4@C comme matériaux d'anode pour le lithium

La batterie lithium-ion (LIB) est largement utilisée dans les véhicules électriques et les appareils portables tels que les téléphones portables et les ordinateurs portables. Cependant, les LIB actuelles présentent des limites en termes de capacité spécifique et de performances de débit, ce qui rend difficile de répondre à la demande croissante de temps de travail long dans les appareils électroniques.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont exploré de nouveaux matériaux d’anode dotés d’une capacité spécifique et d’une stabilité cyclique élevées. Un matériau prometteur est l’oxyde ferroferrique (Fe3O4), qui possède une capacité spécifique théorique élevée, un faible coût et un respect de l’environnement. Cependant, Fe3O4 souffre d’une décroissance rapide de sa capacité et de mauvaises propriétés de transfert de charge.

Pour surmonter ces inconvénients, différentes stratégies ont été utilisées pour améliorer la stabilité structurelle et la conductivité électrique du Fe3O4. Du Fe3O4 nanostructuré, tel que des nanoparticules et des nanotiges, a été synthétisé pour atténuer le stress et réduire la distance de diffusion Li/Li+. Des nanocomposites Fe3O4 recouverts de carbone et des nano-Fe3O4 enveloppés de graphène ont également été développés pour améliorer la stabilité du cyclage en servant de tampon et en améliorant le transfert de charge.

De plus, la construction de coquilles de jaune ou d'autres structures creuses a été explorée pour obtenir des effets structurels uniques. Les structures métallo-organiques (MOF) ont été utilisées comme précurseurs pour préparer des matériaux poreux fonctionnels avec les formes souhaitées. Divers nanocomposites [email protected] ont été synthétisés et ont présenté d'excellentes performances électrochimiques en tant que matériaux d'anode pour les LIB.

Dans ce travail, une méthode d'application à grande échelle a été présentée pour préparer des nanocomposites [email protected] avec des morphologies contrôlables. Les nanocomposites ont montré des performances électrochimiques exceptionnelles, notamment des performances de cyclage impressionnantes et une capacité à haut débit.

Les nanocomposites [email protected] ont été synthétisés en carbonisant le précurseur de ferrocène broyé à boulets assisté par plasma. Les composants de phase et la morphologie des nanocomposites ont été examinés par XRD, SEM et STEM. La teneur en carbone a été déterminée par analyse TG, et la structure des pores et la surface spécifique ont été évaluées par des isothermes d'adsorption/désorption d'azote. Les spectres Raman et XPS ont également été réalisés pour une analyse plus approfondie.

Des mesures électrochimiques ont été effectuées à l'aide de nanocomposites synthétisés [email protected]. Les nanocomposites ont été recouverts d'une feuille de Cu pour assembler des piles bouton. Les mesures de charge/décharge ont été effectuées à l'aide d'un système de test de batterie.

Dans l’ensemble, les nanocomposites [email protected] ont montré un potentiel prometteur en tant que matériaux d’anode pour les LIB, avec une capacité spécifique améliorée, une stabilité de cyclage et une capacité à haut débit.