Nedavno je Univerza za znanost in tehnologijo kralja Abdullaha (KAUST) predstavila rezultate študije, ki lahko pomaga izboljšati anodne materiale za baterije naslednje generacije.
Glede na poročilo je KAUST demonstriral uporabolaserske impulze za spreminjanje strukture obetajočega alternativnega materiala elektrodeimenovan "MXene", da bi izboljšal svojo energijsko zmogljivost in druge ključne lastnosti.
V študiji so znanstveniki pojasnili, da grafit vsebuje ravne plasti ogljikovih atomov, med polnjenjem baterije pa se litijevi atomi shranijo med te plasti v procesu, znanem kot "vdelava". Struktura materiala "MXene" vsebuje tudi plasti, ki lahko zadržijo litij, vendar so te plasti izdelane iz prehodnih kovin, kot sta titan ali molibden, v kombinaciji z atomi ogljika ali dušika, zaradi česar je material zelo prevoden.
Te plasti imajo na svojih površinah tudi dodatne atome, kot sta kisik ali fluor. Struktura materiala "MXene" na osnovi molibdenovega karbida ima posebno dobro zmogljivost shranjevanja litija, vendar se njena zmogljivost tudi hitro poslabša po ponavljajočih se ciklih polnjenja/praznjenja.
Ekipa KAUST, ki sta jo vodila Husam N. Alshareef in Zahra Bayhan, je ugotovila, da to degradacijo povzročajo kemične spremembe v strukturi MXene, ki tvorijo molibdenov oksid.
Da bi rešili ta problem, so uporabili infrardeče laserske impulze za ustvarjanje majhnih "nanotočk" molibdenovega karbida v strukturi materiala "MXene", proces, znan kot "lasersko piskanje". Postopek se imenuje "lasersko piskanje". Te nanotočke, ki so široke približno 10 nanometrov, so pritrjene na plasti strukture MXene z ogljikom.
To ponuja številne prednosti: Prvič, nanotočke zagotavljajo dodatno zmogljivost shranjevanja litija in pospešijo postopek polnjenja in praznjenja. Laserska obdelava tudi zmanjša vsebnost kisika v materialu, kar pomaga preprečiti nastanek problematičnih molibdenovih oksidov. Nazadnje, močne povezave med nanotočkami in plastmi izboljšajo električno prevodnost strukture materiala "MXene" in jo stabilizirajo med procesom polnjenja in praznjenja.
V izjavi za javnost je Bayhan dejal: "To zagotavlja stroškovno učinkovit in hiter način za prilagajanje zmogljivosti baterij."
Raziskovalci so izdelali anodo z lasersko vpisanim materialom in jo preizkusili v litij-ionski bateriji z več kot 1,000 cikli polnjenja in praznjenja. Z nanotočkami je bila zmogljivost električnega shranjevanja materiala štirikrat višja od prvotne MXene in skoraj dosegla teoretično največjo zmogljivost grafita. Lasersko vpisan material prav tako ni pokazal izgube zmogljivosti pri preskusih kolesarjenja.
V luči teh rezultatov verjamejo, da bi laserski napis lahko uporabili kot splošno strategijo za izboljšanje učinkovitosti drugih materialnih struktur "MXenes". To bi lahko na primer pripeljalo do razvoja nove generacije polnilnih baterij, ki uporabljajo cenejšo in bolj razširjeno kovino kot je litij. Poleg tega je za razliko od grafita v materialne strukture MXenes mogoče vgraditi tudi natrijeve in kalijeve ione.
