Forskere opdager, hvordan en knivspids salt kan forbedre batteriets ydeevne

Forskere ved Queen Mary University of London, University of Cambridge og Max Planck Institute for Solid State Research har opdaget, hvordan en knivspids salt kan bruges til drastisk at forbedre batteriets ydelse.

De fandt ud af, at tilsætning af salt til indersiden af ​​en supermolekylær svamp og derefter bagning ved en høj temperatur forvandlede svampen til en carbonbaseret struktur.

Overraskende, saltet reagerede med svampen på særlige måder og vendte det fra en homogen masse til en indviklet struktur med fibre, fjederben, søjler og baner. Denne form for 3-D hierarkisk organiseret kulstofstruktur har vist sig meget vanskelig at vokse i et laboratorium, men er afgørende for at levere uhindret iontransport til aktive steder i et batteri.

I undersøgelsen, udgivet i JACS ( Journal of the American Chemical Society ), forskerne viser, at brugen af ​​disse materialer i lithium-ion-batterier ikke kun gør det muligt at oplade batterierne hurtigt, men også med en af ​​de højeste kapaciteter.

På grund af deres indviklede arkitektur har forskerne betegnet disse strukturer 'nano-diatomer', og mener, at de også kan bruges til energilagring og konvertering, for eksempel som elektrokatalysatorer til brintproduktion.

Hovedforfatter og projektleder Dr. Stoyan Smoukov, fra Queen Mary's School of Engineering and Materials Science, sagde:"Denne metamorfose sker kun, når vi opvarmer forbindelserne til 800 grader celsius og var lige så uventet som at udklække ildfødte drager i stedet for at få bagte æg i Game of Thrones. Det er meget tilfredsstillende, at efter den første overraskelse, Vi har også opdaget, hvordan vi kan kontrollere transformationerne med kemisk sammensætning. "

Kulstof, herunder grafen og carbon nanorør, er en familie af de mest alsidige materialer i naturen, bruges i katalyse og elektronik på grund af dets ledningsevne og kemiske og termiske stabilitet.

3D-kulstofbaserede nanostrukturer med flere hierarkier kan ikke alene bevare nyttige fysiske egenskaber som god elektronisk ledningsevne, men kan også have unikke egenskaber. Disse 3D-carbonbaserede materialer kan udvise forbedret befugtning (for at lette ioninfiltration), høj styrke pr. og retningsveje til væsketransport.

Det er, imidlertid, meget udfordrende at lave kulstofbaserede multilevel hierarkiske strukturer, især via simple kemiske ruter, alligevel ville disse strukturer være nyttige, hvis sådanne materialer skal fremstilles i store mængder til industrien.

Den supermolekylære svamp, der blev brugt i undersøgelsen, er også kendt som et metalorganisk metal (MOF) materiale. Disse MOF'er er attraktive, molekylært designet porøse materialer med mange lovende anvendelser såsom gaslagring og separation. Bevarelsen af ​​et højt overfladeareal efter kulsyre - eller bagning ved en høj temperatur - gør dem interessante som elektrode -materialer til batterier. Imidlertid, hidtil har karboniserende MOF'er bevaret strukturen af ​​de oprindelige partikler som strukturen af ​​et tæt carbonskum. Ved at tilføje salte til disse MOF -svampe og karbonisere dem, forskerne opdagede en række kulstofbaserede materialer med flere hierarkier.

Dr. R. Vasant Kumar, en samarbejdspartner om undersøgelsen fra University of Cambridge, kommenterede:"Dette arbejde skubber brugen af ​​MOF'erne til et nyt niveau. Strategien for strukturering af kulstofmaterialer kan være vigtig ikke kun i energilagring, men også i energiomsætning, og fornemmelse. "

Hovedforfatter, Tiesheng Wang (王铁胜), fra University of Cambridge, sagde:"Potentielt, vi kunne designe nano-kiselalger med ønskede strukturer og aktive steder inkorporeret i kulstoffet, da der er tusindvis af MOF'er og salte, som vi kan vælge. "