Investigadores mejoran la estabilidad del disulfuro de vanadio usado en baterías de iones de litio

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Científicos del Rensselaer Polytechnic Institute de Nueva York dicen haber mejorado la estabilidad del disulfuro de vanadio en los cátodos de baterías de iones de litio para la electrónica de consumo, almacenamiento solar y vehículos eléctricos.

En el estudio “Vanadium disulfide flakes with nanolayered titanium disulfide coating as cathode materials in lithium-ion batteries“, publicado en la revista Nature, los científicos dicen que fueron capaces de hacer que las escamas de disulfuro de vanadio en una batería de iones de litio se vuelvan más estables al recubrirlas con una capa de disulfuro de titanio de alrededor de 2.5 nm de espesor.

Dijeron que el recubrimiento de disulfuro de titanio (TiS2) resulta mucho menos susceptible a la “distorsión de Peierls” durante el proceso de litiación y deslitiación, lo que le permite estabilizar el disulfuro de vanadio subyacente. La distorsión de Peierls afecta la red periódica de un cristal unidimensional, lo que resulta en una conductividad térmica más baja.

Combatiendo la distorsión de Peierls

Los investigadores dijeron que observaron cómo se producía la inestabilidad del disulfuro de vanadio utilizado en las baterías de iones de litio. El documento indica que la inserción de litio es responsable de la distorsión de Peierls, definida como una asimetría en el espaciado entre los átomos de vanadio, y causa la ruptura de las escamas de disulfuro de vanadio.

“El recubrimiento de TiS2 actúa como una capa amortiguadora”, declaró el documento. “Mantiene unido el material VS2 [sulfuro de vanadio], lo que proporciona soporte mecánico. El cristal de TiS2 permanece relativamente tranquilo durante el proceso de migración del litio, lo que explica por qué el recubrimiento de TiS2 mejora dramáticamente la vida útil del cátodo VS2. Como resultado, el TiS2 externo es resistente a los ciclos de carga / descarga, mientras que las capas internas de VS2 están más protegidas de la degradación debido al soporte mecánico proporcionado por el recubrimiento de TiS2″.

Las pruebas electroquímicas, las imágenes ópticas in situ y los principios de la teoría funcional de la densidad se utilizaron para verificar que la estabilidad de las escamas se mejoró significativamente. “Estos hallazgos brindan una nueva oportunidad para el diseño racional de materiales conductivos TMD [dicalcogenuro de metales de transición] para la construcción de baterías de ion-ion de alto rendimiento”, agregó el documento.