Nanokabler kan føre til kraftigere lithium-ion-batterier

(PhysOrg.com) -- I sig selv, titaniumdioxid (TiO ₂ ) er en meget dårlig elektrode. Elektroner bevæger sig meget langsomt gennem materialet - så langsomt, faktisk, at det kan tage år at fylde et millimetertykt stykke TiO ₂ . Imidlertid, ting ændrer sig, når TiO ₂ er ekstremt tynd:et 10 nm tykt stykke TiO ₂ kan fyldes med elektroner på millisekunder. Inspireret af denne evne, forskere har for nylig undersøgt, om TiO ₂ kunne være nyttig til fremstilling af højkapacitetsbatterier.

Et team af forskere, Fei-Fei Cao, et al., fra institutioner i Kina og Tyskland, har fundet ud af, at påføring af et tyndt lag TiO ₂ til ydersiden af ​​carbon nanorør (CNT'er) kan skabe koaksiale nanokabler. Nanokablerne kan derefter formes til et krystallinsk fast stof, der viser sig at være meget god til at fange lithium-ioner og hurtigt transportere elektroner - meget bedre end enten TiO ₂ eller CNT'er alene.

"På den ene side, CNT-kernen giver tilstrækkelige elektroner til lagring af lithium i TiO ₂ skede, ” skrev forskerne i en undersøgelse offentliggjort i Materialernes kemi . "På den anden side, CNT selv kan også lagre lithium, hvorved denne lagringskinetik er, på tur, forbedret ved tilstedeværelsen af ​​det nanoporøse TiO ₂ … [hvilket] muliggør hurtig adgang til lithium-ioner fra den flydende elektrolyt."

Disse symbiotiske fordele kan direkte føre til forbedringer i lithium-ion-batterier, der bruger nanokabelbaserede anoder. Forskerne fandt ud af, at de nye anoder tilbyder forbedringer i lagerkapacitet, frigivelseshastighed, og cykelpræstation sammenlignet med enten ren CNT eller ren TiO ₂ . Nanokablerne havde også god pålidelighed, viser næsten intet kapacitetstab efter hundrede cyklusser.

Disse evner er også konkurrencedygtige med grafitbaserede anoder, som er almindeligt brugt i nutidens lithium-ion-batterier. Plus, nanokablerne er nemme at producere og lavet af billige materialer, hvilket kunne gøre dem attraktive til kommerciel brug.

"Denne fascinerende symbiotiske adfærd og det faktum, at kabelmorfologien fører til en effektiv udnyttelse af denne symbiose, gør, at denne løsning matcher kravene til lithium-ion-batterier ekstremt godt, ” skrev forskerne.

Forskerne håber, at denne demonstration af de synergistiske fordele ved hybridmaterialer kan motivere yderligere forskning i at bruge hybridmaterialer til andre energilagringsenheder, såsom superkondensatorer.

© 2010 PhysOrg.com