Nuevas baterías de litio basadas en nanomateriales de carbono emergentes para la transición tecnológica

Abstract

[Resumen] Este estudio presenta un método escalable y libre de aglutinantes para desarrollar electrodos a base de nanotubos de carbono con nanopartículas de cobalto embebidas (Co@CNTs), obtenidos a partir de la perovskita híbrida [TPrA][Co(dca)₃] mediante tratamiento térmico en una sola etapa, con el objetivo de mejorar el rendimiento de las baterías de litio-aire. Los Co@CNTs se caracterizaron estructural y composicionalmente mediante difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS). Se fabricó un cátodo mezclando los Co@CNTs sintetizados con CNTs comerciales (proporción 1:5) para mejorar la estabilidad mecánica. Las pruebas electroquímicas revelaron una capacidad de descarga en el primer ciclo de 1.6 mAh, con una meseta a ~2.5 V, sugiriendo la formación de LiOH catalizado por las nanopartículas de cobalto. Sin embargo, se observó una rápida degradación de la capacidad en ciclos posteriores, atribuida a la descomposición del electrolito y la obstrucción de poros por subproductos irreversibles. A pesar de estas limitaciones, en el trabajo se destaca el potencial de los Co@CNTs derivados de perovskitas híbridas como materiales para cátodos en baterías de litioaire.

[Abstract] This study presents a scalable and binder-free method for developing carbon nanotube-based electrodes with embedded cobalt nanoparticles (Co@CNTs) obtained from the hybrid perovskite [TPrA][Co(dca)₃] via a one-step thermal treatment, aimed at improving the performance of lithium-air batteries. The Co@CNTs were structurally and compositionally characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), transmisión electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). A cathode was fabricated by mixing the synthesized Co@CNTs with commercial CNTs (ratio 1:5) to enhance mechanical stability. Electrochemical tests revealed a discharge capacity of 1.6 mAh in the first cycle, with a plateau at ~2.5 V, suggesting the formation of LiOH catalyzed by cobalt nanoparticles. However, a rapid degradation of capacity was observed in subsequent cycles, attributed to electrolyte decomposition and pore blockage by irreversible products. Despite these limitations, this work highlights the potential of Co@CNTs derived from hybrid perovskites as cathode materials for lithium-air batteries.

[Resumo] Este estudo presenta un método escalable e libre de aglutinantes para desenvolver electrodos a base de nanotubos de carbono con nanopartículas de cobalto embebidas (Co@CNTs), obtidos a partir da perovskita híbrida [TPrA][Co(dca)₃] mediante un tratamento térmico nun único paso, co obxectivo de mellorar o rendemento das baterías de litio-aire. Os Co@CNTs foron caracterizados estrutural e composicionalmente mediante difracción de raios X (DRX), espectroscopía infravermella por transformada de Fourier (FT-IR), análise termogravimétrica (TGA), microscopía electrónica de transmisión (TEM) e espectroscopía de fotoelectróns emitidos por raios X (XPS). Fabricouse un cátodo mesturando os Co@CNTs sintetizados con CNTs comerciais (proporción 1:5) para mellorar a estabilidade mecánica. As probas electroquímicas revelaron unha capacidade de descarga de 1,6 mAh no primeiro ciclo, cunha meseta arredor dos ~2,5 V, o que suxire a formación de LiOH catalizada polas nanopartículas de cobalto. Porén, observouse unha rápida degradación da capacidade nos ciclos posteriores, atribuída á descomposición do electrolito e á obstrución dos poros por subprodutos irreversibles. A pesar destas limitacións, neste traballo destácase o potencial dos Co@CNTs derivados de perovskitas híbridas como materiais de cátodo para baterías de litio-aire.