Nowe metody syntetyczne ukierunkowane na materiały nanostrukturalne

Ryc. 4. Schemat fazowy wody. Proces liofilizacji zaznaczono strzałkami.

Rys. 5. Nanokompozyty LiFePO4/C otrzymane metodą liofilizacji. [Palomares i in. (2007)]

Chociaż powłoka węglowa tych liofilizowanych materiałów jest bardzo jednorodna, wykazano, że może ona zastąpić jedynie niewielką część przewodzących dodatków węglowych stosowanych do wytwarzania elektrod dodatnich na bazie związku LiFePO4 [Palomares, V. i in. (2009b)]. Dogłębna charakterystyka węgla wytwarzanego in situ wykazała, że ​​pomimo dużej powierzchni właściwej, wykazuje on duże zaburzenia, co nie sprzyja dobrym właściwościom elektrochemicznym i nie ma wystarczającej przewodności, aby działać jako dodatek przewodzący w tych katodach.

Spęczniałe micele i mikroemulsje stanowią kolejną metodę syntezy, która prowadzi do dyskretnych nanocząstek o kontrolowanym składzie chemicznym i rozkładzie wielkości [Li, M. i in. (1999)]. W tej metodzie syntezy reakcje chemiczne przeprowadza się w środowisku wodnym w ograniczonej objętości, ograniczonej układem cząsteczek środka powierzchniowo czynnego i kosurfaktanta.

Wszechstronność tej techniki pozwala na jej zastosowanie w przygotowaniu różnych materiałów elektrodowych do akumulatorów litowo-jonowych. Otrzymane produkty stałe wykazują kontrolowaną wielkość i kształt, pozostając dobrze zdyspergowane dzięki ich izolacji od innych cząstek przez cząsteczki środka powierzchniowo czynnego podczas syntezy [Aragón, MJ i in. (2010)]. Istnieją trzy różne procesy otrzymywania nanocząstek metodami odwróconych miceli. Pierwszy polega na mieszaniu różnych emulsji zawierających niezbędne odczynniki w roztworze wodnym, tak aby koalescencja par kropel powodowała powstanie substancji stałej w ograniczonej objętości.

Drugi polega na reakcji polegającej na dyfuzji jednego z reagentów przez fazę olejową i warstwę cząsteczkową surfaktantu. Ten ostatni wymaga termolizy w obrębie pojedynczych kropel, aby otrzymać docelowy związek o kontrolowanej wielkości. Materiał katody LiCoO2 został przygotowany w ostatnim procesie, zapewniając 140 mAh·g-1. Rozkład termiczny miceli osiągnięto poprzez kontakt emulsji z gorącym rozpuszczalnikiem organicznym, takim jak nafta, w temperaturze 180°C. LiMn2O4 otrzymano również tą samą metodą, co doprowadziło do uzyskania cząstek o średnicy 200 nm i dobrych właściwościach elektrochemicznych.

Pręcikowe katody kompozytowe LiFePO4/C syntetyzowano także metodą odwróconych miceli, stosując naftę ze środkiem powierzchniowo czynnym Tween#80 jako fazą olejową i wyżarzając otrzymany prekursor w temperaturze 650°C w atmosferze N2 [Hwang, BJ. i in. (2009)]. Morfologia tego kompozytu składała się z porowatych agregatów przypominających pręciki, składających się z drobnych nanocząstek pierwotnych. To specjalne rozmieszczenie cząstek pierwotnych zapewniło lepsze dostosowanie się do zmian objętości podczas cyklu, lepsze połączenie elektryczne z kolektorem prądu i efektywny transport elektronów. Cykle galwanostatyczne tego kompozytu wykazały bardzo dobre wyniki dla tego kompozytu przypominającego pręt, o pojemności właściwej wynoszącej 150 i 95 mAh·g-1 odpowiednio w C/30 i 5C.