Dióxido de titânio Possui características de alta estabilidade química, não toxicidade e bom desempenho fotoelétrico, especialmente o dióxido de titânio rutilo, que apresenta alta atividade superficial, sendo muito adequado para a modificação de materiais de baterias. Assim como o polietilenoglicol, a introdução do dióxido de titânio também visa compensar a densidade de energia e o desempenho de taxa insuficientes do próprio fosfato de ferro-lítio.

Existem três maneiras principais de adicionar dióxido de titânio ao fosfato de ferro-lítio:
1. Modificação por dopagem. Ao incorporar nanopartículas de dióxido de titânio na estrutura cristalina do fosfato de ferro-lítio, forma-se uma heteroestrutura que melhora significativamente a condutividade do material. Experimentos demonstraram que a dopagem com 1% de dióxido de titânio pode aumentar a condutividade eletrônica do fosfato de ferro-lítio em duas ordens de magnitude e melhorar o desempenho em altas taxas de carga/descarga em 15% a 30%.

2. Revestimento superficial. O dióxido de titânio pode formar uma película protetora na superfície das partículas de fosfato de ferro-lítio, reduzindo o contato direto entre as partículas e o eletrólito, suprimindo assim reações secundárias como a lixiviação de ferro e o crescimento excessivo da película SEI, ao mesmo tempo que aumenta a capacidade de retenção de água do eletrodo e melhora o desempenho da bateria em ambientes de baixa umidade.

3. Síntese assistida por fotocatálise. Sob luz ultravioleta, o dióxido de titânio gera pares elétron-lacuna, acelerando a reação redox do precursor, reduzindo o tempo de síntese hidrotérmica e melhorando a pureza do produto. Um estudo conseguiu reduzir o tempo de reação hidrotérmica de 12 horas para 8 horas.

Do ponto de vista mecanístico, a introdução de dióxido de titânio pode ajustar a estrutura de bandas do fosfato de ferro-lítio, estreitar a lacuna de banda e aumentar sua resposta à luz visível; as interfaces de heterojunção podem acelerar a transferência de elétrons.

Além disso, a estrutura rígida do dióxido de titânio também pode amortecer as variações de volume durante os processos de carga e descarga, melhorando a vida útil do ciclo - por exemplo, a taxa de retenção de capacidade ainda pode exceder 90% após 2000 ciclos.
Na aplicação industrial prática, o dióxido de titânio e o polietilenoglicol são frequentemente usados em sinergia. Por exemplo, os dois juntos formam uma estrutura de revestimento duplo de "dióxido de titânio-carbono", que não só melhora a condutividade, como também aumenta a estabilidade da interface, resultando em uma capacidade específica de descarga inicial de 165 mAh/g para fosfato de ferro-lítio, com uma degradação de capacidade inferior a 5% após 1000 ciclos.

Atualmente, o custo do dióxido de titânio em nanoescala é relativamente alto, e a uniformidade da dispersão também representa uma dificuldade técnica, exigindo otimização adicional por meio de processos como ultrassom e moagem de bolas. Olhando para o futuro, a otimização dos parâmetros do processo por meio de aprendizado de máquina, o desenvolvimento de métodos de síntese de baixo custo para o dióxido de titânio e a construção de um sistema compósito ternário de polietilenoglicol, dióxido de titânio e grafeno serão importantes linhas de pesquisa. Além disso, tecnologias eficientes de reciclagem para baterias de fosfato de ferro-lítio descartadas que contêm dióxido de titânio também precisam ser desenvolvidas.

Em resumo, o dióxido de titânio melhora significativamente o desempenho eletroquímico e a estabilidade dos materiais de fosfato de ferro-lítio por meio de vários métodos, como dopagem, revestimento e fotocatálise, fornecendo uma base sólida para o desenvolvimento futuro de baterias de alta potência e sistemas de armazenamento de energia.

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