Holdet finder ud af, at vandlighed spiller en rolle i batteriladede genstande

Genstande lavet af grafit - såsom lithium-ion-batterier - er "hydrofobe, " hvilket betyder, at de "ikke kan lide" vand. I årtier har denne mangel på sympati givet betydelige udfordringer med hensyn til at bygge mere holdbare teknologiske enheder lavet med grafit – indtil nu.

Det ser ud til, at tidligere prøver af grafit sandsynligvis var forurenet med luft, får prøverne til at virke hydrofobe, ifølge en undersøgelse fra University of Pittsburgh. Pitt-holdet har demonstreret - for første gang - at disse materialer faktisk er iboende tiltrukket af vand eller "hydrofile". Fundene, udgivet i Naturmaterialer , har særlige konsekvenser for lithium-ion-batterier og superkondensatorer, da begge batterityper er bygget af disse materialer.

"Dette arbejde kan ændre den grundlæggende forståelse af disse materialers overfladeegenskaber, " sagde Lei Li, co-lead forfatter af papiret og en assisterende professor ved Pitt's Swanson School of Engineering. "Disse resultater har konsekvenser for at producere stærkere, mere holdbare batterier. Og, forhåbentlig, det vil også være vigtigt for fremstillingen af ​​enheder inden for forskellige nanoteknologiske områder. "

Det var tidligere ingeniørstuderende Rebecca McGinley (ENG '12), der bemærkede de inkonsistente resultater med hensyn til overfladens "vædeadfærd" eller dens reaktion på vand, presser holdet til yderligere at undersøge de mærkelige fænomener. De fandt ud af, at når grafit og grafen udsættes for luft, et tyndt lag carbonhydrid (en forbindelse udelukkende lavet af hydrogen og kulstof) forurenede hurtigt overfladen. Ved hjælp af infrarød spektroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi, holdet var i stand til at "se" dette kulbrintelag, bemærker dens hydrofobe natur. Imidlertid, når holdet brugte varme til at fjerne dette forurenende lag, overfladen blev hydrofil.

"Plast og andre typer materialer udsender kulbrinte til luften, "sagde Haitao Liu, medlederforfatter af papiret og en assisterende professor i Pitts afdeling for kemi på Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. "Og dette har ikke været en faktor i tidligere prøveeksperimenter. Tidligere, forskersamfundet mente, at grafit ikke kunne lide vand, muligvis fordi deres prøver altid var forurenede; forureningen sker typisk inden for 10 minutter."

Liu og Li siger, at denne befugtning kan have en indflydelse på, hvor meget energi der kan lagres i sådanne enheder, der bruger lithium-ion-batterier eller superkondensatorer. Holdet vil nu udføre opfølgende undersøgelser for at forstå oprindelsen af ​​deres observationer og undersøge, hvordan kontrol af denne befugtning kan påvirke nogle af anvendelserne af grafit (f.eks. smøring og energilagring).