Laserski impulsi mogu pomoći u razvoju baterija velikog kapaciteta sljedeće generacije

Nedavno je Univerzitet za nauku i tehnologiju kralja Abdulaha (KAUST) predstavio rezultate istraživanja koji bi mogli pomoći u poboljšanju anodnog materijala za baterije sljedeće generacije.
Izvještava se da je KAUST demonstrirao korištenje laserskih impulsa za modificiranje strukture potencijalno alternativnog materijala elektrode nazvanog "MXene" kako bi poboljšao njegov energetski kapacitet i druga ključna svojstva.
U studiji, naučnici su objasnili da grafit sadrži ravne slojeve atoma ugljenika, a tokom punjenja baterije, atomi litijuma se pohranjuju između ovih slojeva u procesu poznatom kao "ugradnja". Struktura "MXene" materijala takođe sadrži slojeve koji mogu da drže litijum, ali ti slojevi su napravljeni od prelaznih metala kao što su titan ili molibden u kombinaciji sa atomima ugljenika ili azota, što materijal čini visoko provodljivim.
Ovi slojevi također imaju dodatne atome, kao što su kisik ili fluor, na svojim površinama. Struktura materijala "MXene" na bazi molibden-karbida ima posebno dobar kapacitet skladištenja litijuma, ali njegove performanse se takođe brzo pogoršavaju nakon ponovljenih ciklusa punjenja/pražnjenja.
KAUST tim, predvođen Husamom N. Alshareefom i Zahrom Bayhan, otkrio je da je ova degradacija uzrokovana hemijskim promjenama u strukturi MXene koje formiraju molibden oksid.
Da bi riješili ovaj problem, koristili su infracrvene laserske impulse kako bi stvorili male "nanotačke" molibden karbida u strukturi "MXene" materijala, proces poznat kao "lasersko scribing". Proces se naziva "lasersko scribing". Ove nanotačke, koje su široke oko 10 nanometara, pričvršćene su za slojeve MXene strukture ugljenikom.
Ovo nudi nekoliko prednosti: Prvo, nanotačke pružaju dodatni kapacitet za skladištenje litijuma i ubrzavaju proces punjenja i pražnjenja. Laserski tretman također smanjuje sadržaj kisika u materijalu, pomažući u sprječavanju stvaranja problematičnih molibdenovih oksida. Konačno, jake veze između nanotačaka i slojeva poboljšavaju električnu provodljivost strukture "MXene" materijala i stabilizuju je tokom procesa punjenja i pražnjenja.
U izjavi za štampu, Bayhan je rekao: "Ovo pruža ekonomičan i brz način za podešavanje performansi baterija."
Istraživači su napravili anodu od materijala upisanog laserom i testirali je u litijum-jonskoj bateriji sa više od 1,000 ciklusa punjenja-pražnjenja. Sa nanotačkama, kapacitet električnog skladištenja materijala bio je četiri puta veći od originalnog MXene, skoro dostigavši ​​teoretski maksimalni kapacitet grafita. Laserski ispisani materijal također nije pokazao gubitak kapaciteta u biciklističkim testovima.
U svjetlu ovih rezultata, oni vjeruju da bi se lasersko upisivanje moglo koristiti kao opća strategija za poboljšanje performansi drugih "MXenes" materijalnih struktura. To bi, na primjer, moglo dovesti do razvoja nove generacije punjivih baterija koje koriste jeftiniji i bogatiji metal od litijuma. Osim toga, za razliku od grafita, MXenes materijalne strukture također mogu biti ugrađene jonima natrijuma i kalija.