Нещодавно Університет науки і технологій короля Абдулли (KAUST) представив результати дослідження, яке може допомогти покращити анодні матеріали для акумуляторів нового покоління.
Згідно зі звітом, KAUST продемонстрував використаннялазерні імпульси для модифікації структури перспективного альтернативного електродного матеріалуназивається "MXene", щоб покращити його енергетичну ємність та інші ключові властивості.
У дослідженні вчені пояснили, що графіт містить плоскі шари атомів вуглецю, і під час заряджання акумулятора атоми літію зберігаються між цими шарами в процесі, відомому як «вбудовування». Структура матеріалу «MXene» також містить шари, які можуть утримувати літій, але ці шари складаються з перехідних металів, таких як титан або молібден, у поєднанні з атомами вуглецю або азоту, що робить матеріал високопровідним.
На поверхні цих шарів також є додаткові атоми, такі як кисень або фтор. Структура матеріалу "MXene" на основі карбіду молібдену має особливо хорошу здатність зберігати літій, але його продуктивність також швидко погіршується після повторних циклів заряджання/розряджання.
Команда KAUST на чолі з Хусамом Н. Альшаріфом і Захрою Байхан виявила, що ця деградація спричинена хімічними змінами в структурі MXene, які утворюють оксид молібдену.
Щоб вирішити цю проблему, вони використали інфрачервоні лазерні імпульси для створення невеликих «наноточок» карбіду молібдену в структурі матеріалу «MXene», процес, відомий як «лазерне скрайбування». Процес називається «лазерним скрайбуванням». Ці наноточки, які мають ширину близько 10 нанометрів, прикріплені до шарів структури MXene вуглецем.
Це дає кілька переваг: по-перше, наноточки забезпечують додаткову ємність для зберігання літію та прискорюють процес заряджання та розряджання. Лазерна обробка також зменшує вміст кисню в матеріалі, допомагаючи запобігти утворенню проблемних оксидів молібдену. Нарешті, міцні зв’язки між наноточками та шарами покращують електропровідність структури матеріалу «MXene» та стабілізують його під час процесу заряджання та розряджання.
У заяві для преси Байхан сказав: «Це забезпечує економічно ефективний і швидкий спосіб налаштувати продуктивність акумуляторів».
Дослідники виготовили анод із матеріалу, нанесеного лазером, і випробували його в літій-іонній батареї з більш ніж 1000 циклами заряду-розряду. З наноточками електрична ємність матеріалу була в чотири рази вищою, ніж у оригінального MXene, майже досягаючи теоретичної максимальної ємності графіту. Матеріал із лазерним написом також не продемонстрував втрати ємності під час циклічних випробувань.
У світлі цих результатів вони вважають, що лазерний напис можна використовувати як загальну стратегію для покращення продуктивності інших структур матеріалу "MXenes". Це може, наприклад, призвести до розробки нового покоління акумуляторних батарей з використанням дешевшого та більш поширеного металу, ніж літій. Крім того, на відміну від графіту, структури матеріалу MXenes також можуть бути вбудовані іонами натрію та калію.
