Наскоро Университетът за наука и технологии „Крал Абдула“ (KAUST) представи резултатите от проучване, което може да помогне за подобряване на анодните материали за батерии от следващо поколение.
Според доклада KAUST демонстрира използването налазерни импулси за модифициране на структурата на обещаващ алтернативен електроден материалнаречен "MXene", за да подобри своя енергиен капацитет и други ключови свойства.
В проучването учените обясняват, че графитът съдържа плоски слоеве от въглеродни атоми и по време на зареждането на батерията литиевите атоми се съхраняват между тези слоеве в процес, известен като "вграждане". Структурата на материала "MXene" също съдържа слоеве, които могат да задържат литий, но тези слоеве са направени от преходни метали като титан или молибден, комбинирани с въглеродни или азотни атоми, което прави материала силно проводим.
Тези слоеве също имат допълнителни атоми, като кислород или флуор, на техните повърхности. Базираната на молибденов карбид структура на материала "MXene" има особено добър капацитет за съхранение на литий, но неговата производителност също се влошава бързо след многократни цикли на зареждане/разреждане.
Екипът на KAUST, ръководен от Husam N. Alshareef и Zahra Bayhan, установи, че това разграждане е причинено от химически промени в структурата на MXene, които образуват молибденов оксид.
За да решат този проблем, те използваха инфрачервени лазерни импулси, за да създадат малки "наноточки" от молибденов карбид в структурата на материала "MXene", процес, известен като "лазерно писане". Процесът се нарича "лазерно писане". Тези наноточки, които са широки около 10 нанометра, са прикрепени към слоевете на структурата MXene чрез въглерод.
Това предлага няколко предимства: Първо, наноточките осигуряват допълнителен капацитет за съхранение на литий и ускоряват процеса на зареждане и разреждане. Лазерното третиране също така намалява съдържанието на кислород в материала, като помага да се предотврати образуването на проблемни молибденови оксиди. И накрая, силните връзки между наноточките и слоевете подобряват електрическата проводимост на структурата на материала "MXene" и я стабилизират по време на процеса на зареждане и разреждане.
В изявление за пресата Байхан каза: "Това осигурява рентабилен и бърз начин за настройка на производителността на батериите."
Изследователите направиха анод с лазерно вписан материал и го тестваха в литиево-йонна батерия с повече от 1 000 цикъла на зареждане-разреждане. С наноточките електрическият капацитет на материала за съхранение беше четири пъти по-висок от оригиналния MXene, почти достигайки теоретичния максимален капацитет на графита. Лазерно вписаният материал също не показва загуба на капацитет при цикличните тестове.
В светлината на тези резултати те вярват, че лазерното надписване може да се използва като обща стратегия за подобряване на работата на други "MXenes" материални структури. Това може например да доведе до разработването на ново поколение акумулаторни батерии, използващи по-евтин и по-разпространен метал от лития. В допълнение, за разлика от графита, материалните структури на MXenes могат също да бъдат вградени с натриеви и калиеви йони.
