Energilagring ved hjælp af ilt til at øge batteriets ydeevne

Forskere har præsenteret et nyt elektrodemateriale til avanceret energilagringsenhed, der er direkte ladet med ilt fra luften. Professor Jeung Ku Kangs team syntetiserede og bevarede de sub-nanometriske partikler af atomare klyngestørrelser ved høje massebelastninger inden for metal-organiske rammer (MOF) ved at kontrollere opførselen af ​​reaktanter på molekylært niveau. Denne nye strategi sikrer høj ydeevne for lithium-oxygen batterier, anerkendt som næste generations energilagringsteknologi og udbredt i elektriske køretøjer.

Lithium-oxygen-batterier kan i princippet generere ti gange højere energitætheder end konventionelle lithium-ion-batterier, men de lider af meget dårlig cyklelighed. En af metoderne til at forbedre cyklusstabiliteten er at reducere overpotentialet af elektrokatalysatorer i katodeelektroder. Når størrelsen af ​​et elektrokatalysatormateriale reduceres til atomniveau, den øgede overfladeenergi fører til øget aktivitet samtidig med, at materialets agglomerering accelereres betydeligt.

Som en løsning på denne udfordring, Professor Kang fra Institut for Materialevidenskab og Teknik havde til formål at opretholde den forbedrede aktivitet ved at stabilisere elektrokatalysatorer i atomare skala i de sub-nanometriske rum. Dette er en ny strategi til samtidig produktion og stabilisering af elektrokatalysatorer på atomniveau inden for metal-organiske rammer (MOF'er).

Metalorganiske rammer samler kontinuerligt metalioner og organiske linkere.

Holdet kontrollerede brintaffiniteter mellem vandmolekyler for at adskille dem og overføre de isolerede vandmolekyler en efter en gennem de sub-nanometriske porer i MOF'er. De overførte vandmolekyler reagerede med koboltioner for at danne di-nukleært kobolthydroxid under præcist kontrollerede syntetiske forhold, derefter stabiliseres kobolthydroxidet på atomniveau inde i de sub-nanometriske porer.

Det di-nukleare kobolthydroxid, der er stabiliseret i de sub-nanometriske porer af metal-organiske rammer (MOF'er), reducerede overpotentialet med 63,9% og viste ti gange forbedringer i livscyklussen.

Professor Kang sagde, "Samtidig generering og stabilisering af elektrokatalysatorer på atomniveau inden for MOF'er kan diversificere materialer i henhold til adskillige kombinationer af metal og organiske linkere. Det kan ikke kun udvide udviklingen af ​​elektrokatalysatorer, men også forskellige forskningsfelter såsom fotokatalysatorer, medicin, miljøet, og petrokemikalier."

Denne undersøgelse blev rapporteret i Avanceret Videnskab , med titlen "Autogen produktion og stabilisering af højt belastede sub-nanometriske partikler inden for multishell hule metal-organiske rammer og deres udnyttelse til høj ydeevne i Li-O ₂ Batterier."