Hule jernoxid-nanopartikler til lithium-ion batteriapplikationer

Nye hule jernoxidnanopartikler med en høj koncentration af defekter blev syntetiseret af brugere af Center for Nanoscale Materials (CNM) fra Argonnes Chemical Sciences &Engineering Division og Advanced Photon Source (APS), og University of Chicago, arbejder sammen med CNM NanoBio Interfaces Group. Et nyt koncept for elektrodefremstilling baseret på forsegling af nanopartikler mellem lag af rene kulstofnanorør blev også udviklet. Da denne nye elektrode blev brugt som katode, de iboende ledige jernpladser gav mulighed for betydeligt øget ydeevne i et lithium-ion-batteri.

Konventionelle nanopartikelbaserede elektroder falmer hurtigt på grund af dårlig forbindelse mellem nanopartiklerne og strømaftageren. De nye elektroder giver mulighed for reversibel lithium-ion interkalation, hvilket resulterede i høj kapacitet og effektivitet, overlegen ydelse, og fremragende stabilitet (ingen fading over mere end 500 cyklusser). Dette resultat viser, at nanomaterialemorfologi er afgørende for udvikling af lithium-ion-batterier.

På CNM, hul gamma-Fe ₂ O ₃ nanopartikler blev syntetiseret med fire gange flere ledige kationer end faste nanopartikler eller bulkmateriale. Ny elektrodefremstilling involverede forsegling af nanopartiklerne mellem lag af rene flervæggede kulstofnanorør uden bindemidler eller tilsætningsstoffer. Elektrokemiske undersøgelser afslørede høj kapacitet (132 mAh/g ved 2,5V), 99,7% Coulombic effektivitet, overlegen hastighedsydelse (133 mAh/g ved 3000 mA/g), og fremragende stabilitet. Hos ApS, in situ strukturel transformation af nanopartiklerne ved synkrotron røntgenabsorption og diffraktionsteknikker gav en klar forståelse af lithiumprocesser under elektrokemisk cykling.