Univerzita vedy a techniky kráľa Abdullaha (KAUST) nedávno predstavila výsledky štúdie, ktorá môže pomôcť zlepšiť anódové materiály pre batérie novej generácie.
Podľa správy KAUST preukázal použitielaserové impulzy na úpravu štruktúry sľubného alternatívneho materiálu elektróds názvom „MXene“, aby sa zlepšila jeho energetická kapacita a ďalšie kľúčové vlastnosti.
V štúdii vedci vysvetlili, že grafit obsahuje ploché vrstvy atómov uhlíka a počas nabíjania batérie sa medzi týmito vrstvami ukladajú atómy lítia v procese známom ako „zabudovanie“. Štruktúra materiálu "MXene" obsahuje aj vrstvy, ktoré môžu držať lítium, ale tieto vrstvy sú vyrobené z prechodných kovov, ako je titán alebo molybdén v kombinácii s atómami uhlíka alebo dusíka, vďaka čomu je materiál vysoko vodivý.
Tieto vrstvy majú na svojom povrchu aj ďalšie atómy, ako je kyslík alebo fluór. Štruktúra materiálu „MXene“ na báze karbidu molybdénu má obzvlášť dobrú skladovaciu kapacitu lítia, ale jeho výkon sa tiež rýchlo zhoršuje po opakovaných cykloch nabíjania/vybíjania.
Tím KAUST pod vedením Husama N. Alshareefa a Zahry Bayhan zistil, že túto degradáciu spôsobujú chemické zmeny v štruktúre MXene, ktoré tvoria oxid molybdénu.
Na vyriešenie tohto problému použili infračervené laserové impulzy na vytvorenie malých "nanobodiek" karbidu molybdénu v štruktúre materiálu "MXene", proces známy ako "laserové rytie. Tento proces sa nazýva "laserové rytie". Tieto nanobodky, ktoré sú široké asi 10 nanometrov, sú pripevnené k vrstvám štruktúry MXene uhlíkom.
To ponúka niekoľko výhod: Po prvé, nanobodky poskytujú dodatočnú úložnú kapacitu pre lítium a urýchľujú proces nabíjania a vybíjania. Ošetrenie laserom tiež znižuje obsah kyslíka v materiáli, čím pomáha predchádzať vzniku problematických oxidov molybdénu. Nakoniec, silné spojenia medzi nanobodkami a vrstvami zlepšujú elektrickú vodivosť štruktúry materiálu "MXene" a stabilizujú ju počas procesu nabíjania a vybíjania.
V tlačovom vyhlásení Bayhan povedal: "Toto poskytuje nákladovo efektívny a rýchly spôsob, ako vyladiť výkon batérií."
Výskumníci vyrobili anódu z laserom popísaného materiálu a testovali ju v lítium-iónovej batérii s viac ako 1,000 cyklom nabíjania a vybíjania. S nanobodkami bola elektrická akumulačná kapacita materiálu štyrikrát vyššia ako u pôvodného MXene, čím takmer dosiahla teoretickú maximálnu kapacitu grafitu. Laserom popísaný materiál tiež nevykazoval žiadnu stratu kapacity v cyklických testoch.
Vo svetle týchto výsledkov sa domnievajú, že laserový nápis by sa mohol použiť ako všeobecná stratégia na zlepšenie výkonu iných materiálových štruktúr „MXenes“. To by mohlo viesť napríklad k vývoju novej generácie dobíjacích batérií s použitím lacnejšieho a hojnejšieho kovu ako je lítium. Okrem toho, na rozdiel od grafitu, materiálové štruktúry MXenes môžu byť tiež zabudované sodíkovými a draselnými iónmi.
