Estudio de películas de diamante ultrananocristalino depositadas por CVD sobre los electrodos de las baterías de litio

Abstract

El nanodiamante ha tomado mucha fuerza en los últimos tiempos por ser una alternativa como recubrimiento debido a su alta resistencia a la corrosión. Dentro de sus principales aplicaciones: se ha incorporado sobre los electrodos de níquel químico para evitar la corrosión ocasionada por el electrolito líquido, así como opción al cromo duro para evitar su toxicidad. Por ello en esta investigación se pretende recubrir los electrodos de las baterías de iones de Litio con nanodiamante. Se investigó el efecto de la presión total y la potencia de microondas sobre la conductividad eléctrica de películas de diamante ultra-nano-cristalino incorporando nitrógeno (N-UNCD) crecidas mediante deposición química de vapor asistida por plasma de microondas (MPCVD). La inserción de átomos de N (Nitrógeno) en los límites de grano de la película UNCD induce la liberación de electrones, lo que da como resultado la conductividad eléctrica. Las mediciones eléctricas de la sonda de cuatro puntas muestran que las películas de N-UNCD eléctricamente conductoras más altas, producidas hasta ahora, presentan una resistividad eléctrica de 1 Ohm (W).cm aproximadamente, lo que es varias órdenes de magnitud menor que los 106 W.cm que presentan las películas de UNCD sin Nitrógeno. El análisis de difracción de rayos X y la espectroscopía Raman revelaron que el crecimiento de las películas N-UNCD por MPCVD no producen una fase de grafito sino solo granos cristalinos de nano-diamante. El análisis de espectroscopía foto-electrónica de rayos X (XPS) confirmó la presencia de nitrógeno (N) en las películas N-UNCD y alta conductividad ya que no se observa carga eléctrica durante el análisis XPS. Las películas de NUNCD se utilizaron para recubrir los electrodos de las baterías de iones de litio, mismas que se caracterizaron estructural y eléctricamente mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). El NUNCD se depositó sobre los electrodos de grafito de las baterías utilizando Deposición Química de Vapores por filamento caliente (HFCVD), se caracterizaron por Raman, XRD, SEM y HRTEM, demostrando la presencia de NUNCD, se realizó la comparación de EIS entre baterías con y sin NUNCD. Se determina que el NUNCD actúa como interfaz de electrolito sólido (SEI), reduciendo la impedancia de la batería y aumentando la capacitancia, debido a que el Litio no se consume en el primer ciclo de carga / descarga de la batería para la formación del SEI, proporcionando al sistema más litio disponible para llevar a cabo las reacciones de las baterías.