Lazerio impulsai gali padėti sukurti naujos kartos didelės talpos baterijas

Neseniai King Abdullah mokslo ir technologijų universitetas (KAUST) pristatė tyrimo rezultatą, kuris gali padėti pagerinti naujos kartos baterijų anodo medžiagą.
Pranešama, kad KAUST pademonstravo lazerio impulsų naudojimą, kad modifikuotų potencialios alternatyvios elektrodo medžiagos, vadinamos „MXene“, struktūrą, kad pagerintų jo energijos talpą ir kitas pagrindines savybes.
Tyrime mokslininkai paaiškino, kad grafite yra plokšti anglies atomų sluoksniai, o akumuliatoriaus įkrovimo metu tarp šių sluoksnių yra saugomi ličio atomai, vadinami „įterpimu“. „MXene“ medžiagos struktūroje taip pat yra sluoksnių, kuriuose gali būti ličio, tačiau šie sluoksniai yra pagaminti iš pereinamųjų metalų, tokių kaip titanas arba molibdenas, sujungtas su anglies arba azoto atomais, todėl medžiaga yra labai laidi.
Šių sluoksnių paviršiuose taip pat yra papildomų atomų, tokių kaip deguonis ar fluoras. Molibdeno karbido pagrindu pagamintos „MXene“ medžiagos struktūra pasižymi ypač geru ličio kaupimo pajėgumu, tačiau jos veikimas taip pat sparčiai blogėja po pasikartojančių įkrovimo/iškrovimo ciklų.
KAUST komanda, vadovaujama Husamo N. Alshareefo ir Zahros Bayhan, nustatė, kad šį skilimą sukelia cheminiai MXene struktūros pokyčiai, kurie sudaro molibdeno oksidą.
Kad išspręstų šią problemą, jie panaudojo infraraudonųjų spindulių lazerio impulsus, kad sukurtų mažus molibdeno karbido „nanodotus“ „MXene“ medžiagos struktūroje. Šis procesas vadinamas „lazeriniu rašymu“. Procesas vadinamas „lazeriniu rašymu“. Šie maždaug 10 nanometrų pločio nanotaškai yra pritvirtinti prie MXene struktūros sluoksnių anglimi.
Tai suteikia keletą privalumų: Pirma, nanotaškai suteikia papildomos ličio atminties talpos ir pagreitina įkrovimo bei iškrovimo procesą. Lazerinis apdorojimas taip pat sumažina deguonies kiekį medžiagoje, padeda išvengti probleminių molibdeno oksidų susidarymo. Galiausiai, tvirtos jungtys tarp nanodotų ir sluoksnių pagerina „MXene“ medžiagos struktūros elektrinį laidumą ir stabilizuoja jį įkrovimo ir iškrovimo proceso metu.
Pareiškime spaudai Bayhan sakė: „Tai yra ekonomiškas ir greitas būdas sureguliuoti baterijų veikimą“.
Tyrėjai pagamino anodą iš lazeriu įrašytos medžiagos ir išbandė jį ličio jonų akumuliatoriuje su daugiau nei 1,000 įkrovimo ir iškrovimo ciklais. Naudojant nanodotus, medžiagos elektrinė talpa buvo keturis kartus didesnė nei originalaus MXene ir beveik pasiekė teorinę maksimalią grafito talpą. Lazeriu įrašyta medžiaga taip pat neprarado pajėgumo atliekant dviračių bandymus.
Atsižvelgdami į šiuos rezultatus, jie mano, kad lazerinis užrašas gali būti naudojamas kaip bendra strategija, skirta pagerinti kitų "MXenes" medžiagų struktūrų veikimą. Pavyzdžiui, tai galėtų paskatinti naujos kartos įkraunamų baterijų kūrimą, naudojant pigesnį ir gausesnį metalą nei litis. Be to, skirtingai nei grafitas, MXenes medžiagų struktūros taip pat gali būti įterptos natrio ir kalio jonais.