El vidrio de oxicarburo , también conocido como oxicarburo de silicio, es un tipo de vidrio que contiene oxígeno y carbono además de dióxido de silicio . [1] Se crea sustituyendo algunos átomos de oxígeno por átomos de carbono. Este vidrio puede contener partículas de carbono amorfo y carburo de silicio . [2] Los materiales de SiOC de estequiometría variable son atractivos debido a su densidad generalmente alta, dureza y altas temperaturas de servicio. A través de diversas técnicas de conformado se pueden lograr piezas de alto rendimiento en formas complejas. A diferencia del SiC puro, la estequiometría versátil del SiOC ofrece más vías para ajustar las propiedades físicas a través de la selección adecuada de parámetros de procesamiento. [3]
El oxicarburo de silicio amorfo puede formarse como producto de pirólisis de polímeros precerámicos , incluido el policarbosilano . Estos materiales son de creciente interés para la fabricación aditiva de piezas cerámicas mediante procesos de tipo estereolitografía . Cuando se forma a partir de un precursor de polímero, el oxicarburo de silicio constituye un miembro importante de la clase de materiales conocidos como cerámicas derivadas de polímeros [4].
La microestructura del SiOC puede modificarse mediante la composición con otras fases; con el tiempo, se pueden introducir micro, meso y macroporosidades en los compuestos fabricados. La variedad de porosidades está diseñada para fines específicos, por ejemplo, su uso como membrana. [5] [6]
El oxicarburo de silicio presenta una alta capacidad de almacenamiento de iones de litio que varía de 600 a 700 mAh g −1 , [7] una baja expansión de volumen tras la litiación de aproximadamente el 7 % [8] [9] [10] y una alta conductividad electrónica.
Para maximizar la capacidad de almacenamiento de carga anódica de las baterías de iones de litio, los materiales de ánodo de tipo aleación, como Sn y Sb, han atraído un interés considerable debido a su alta capacidad teórica de 992 y 660 mAh g −1 y una ventana de voltaje de litiación/deslitiación adecuada de 0,01–1,5 V frente a Li + /Li. Los avances recientes en la nanoestructuración de los ánodos de tipo aleación proporcionan una forma eficaz de mitigar los desafíos de su expansión de volumen tras la litiación que obstaculizan gravemente la estabilidad del ciclo. [11] Además, uno de los enfoques predominantes para la estabilización de dichos electrodos es la incrustación de Sn o Sb en forma de nanopartículas en una matriz. La matriz ayuda a amortiguar los cambios de volumen, impartir una mejor conectividad electrónica y evitar la agregación de partículas tras la litiación/deslitiación. En este contexto, el oxicarburo de silicio es un candidato atractivo para estabilizar las inclusiones de Sn y Sb.
Se ha informado de una síntesis sencilla de nanopartículas de Sn embebidas en una matriz de SiOC mediante la pirólisis de un polímero precerámico como precursor de una sola fuente. Este polímero contiene 2-etilhexanoato de Sn (Sn(Oct) 2 ) y poli(metilhidrosiloxano) como fuentes de Sn y Si, respectivamente. Tras la funcionalización con cadenas laterales de divinilbenceno apolar, el polímero se vuelve compatible con Sn(Oct) 2 . Este enfoque produce una dispersión homogénea de nanopartículas de Sn en una matriz de SiOC con tamaños del orden de 5 a 30 nm. Los ánodos del nanocompuesto SiOC/Sn demuestran altas capacidades de 644 y 553 mAh g −1 a densidades de corriente de 74,4 y 2232 mA g −1 (tasas C/5 y 6C para grafito), respectivamente, y muestran una capacidad de velocidad superior con solo un 14 % de descomposición de la capacidad a altas corrientes. [12]
Se ha informado de un enfoque similar para la estabilización de nanopartículas de Sb; se han obtenido nanopartículas de Sb incrustadas homogéneamente en una matriz de SiOC con un tamaño de 5-40 nm mediante la pirólisis de un polímero precerámico. Este último se obtiene mediante la reacción de gelificación catalizada por Pt de 2-etilhexanoato de Sb y una mezcla de poli(metilhidrosiloxano)/divinilbenceno. La miscibilidad completa de estos precursores se logró mediante la funcionalización de poli(metilhidrosiloxano) con cadenas laterales apolares de divinilbenceno. Se ha demostrado que los ánodos compuestos de SiOC/Sb exhiben una alta capacidad de velocidad, proporcionando una capacidad de almacenamiento de carga en el rango de 703–549 mA hg −1 a una densidad de corriente de 74,4–2232 mA g −1 . [13]