Forskning frembyder lavere omkostninger, batteri med længere levetid

Ny materialeteknologisk forskning ledet af Western kan udmønte sig i betydelige fordele i den virkelige verden som større rækkevidde for elektriske køretøjer og længere batterilevetid for mobiltelefoner.

Forskere fra Western Engineering, Westerns afdeling for kemi og Soochow University-Western University Center for Synchrotron Radiation Research samarbejdede med Canadian Light Source (CLS) ved University of Saskatchewan om et par undersøgelser for at afgøre, om de kunne udnytte fosforens magt og samtidig afbøde de to vigtigste afskrækkende midler. -omkostninger og holdbarhed - og de har gjort det.

Fosforens teoretiske kapacitet - et todimensionelt materiale, som består af et enkelt lag sort fosfor - er næsten syv gange så meget som anodematerialer, der i øjeblikket bruges i lithium-ion-batterier. I øjeblikket, kommercielt tilgængeligt sort fosfor er dyrt, til omkring $1, 000,- pr gram og den nedbrydes også hurtigt, når den udsættes for luft.

I det første papir, forskerholdet anvendte en ny proces til at fremstille en billig sort fosfor fra billig (ca. $0,10/gram), rødt fosfor med lav renhed – hvilket reducerer omkostningerne med næsten 300 procent. Det resulterende sorte fosfor havde næsten samme renhed og elektroniske egenskaber som det, der blev fremstillet ved hjælp af traditionelle metoder og rødt fosfor med høj renhed, som er værd omkring $40/gram.

Drastisk nedskæring af omkostningerne ved fremstilling af sort fosfor betyder, at deres resultater er skalerbare, ifølge ledende forsker Weihan Li fra Western.

"Den lave pris gør det muligt at realisere den fremtidige storstilede anvendelse af sort fosfor og fosfor i energi- og elektronikrelaterede områder, såsom nano-fotonik, nanoelektronik, optoelektronik, sekundære batterier, og elektrokatalysatorer, " sagde Li, en postdoc i fællesskab vejledt af kemiprofessor T.K. Falsk, Canada forskningsstol i materialer og synkrotronstråling og ingeniørprofessor Xueliang (Andy) Sun, Canada Research Chair i udvikling af nanomaterialer til ren energi.

Med den anden undersøgelse, forskerne ønskede at forstå bedre, i nanoskala og i realtid, hvor nedbrydning (oxidation) starter på phosphoren, og hvordan det spreder sig. Mens tidligere forskning har dokumenteret, at nedbrydning faktisk forekommer, denne undersøgelse var den første, der klart afbildede processen i detaljer. Holdet brugte en række forskellige synkrotronteknikker på CLS til at indsamle disse billeder. Forskerne fandt ud af, at fosforen begynder at nedbrydes i de tyndeste områder først, og at de nedbrudte regioner fremskynder nedbrydningen af ​​tilstødende regioner.

Ifølge Li, deres opdagelse baner vejen for udvikling af strategier til at beskytte fosforen, når det bruges i elektronik og andre enheder.

"Det gør det muligt at forberede luftstabile fosforenbaserede elektroniske enheder og energirelaterede enheder, " sagde Li.

Sun krediterer CLS for at spille en afgørende rolle i begge undersøgelser.

"Sammenlignet med andre ressourcer i verden, brugersupporten fra CLS er fantastisk, " sagde Sun. "Uden hjælp fra CLS, vi kunne ikke have kombineret flere forskellige synkrotronteknikker i de to værker. I øvrigt, at udføre in-situ-undersøgelserne ville ikke have været muligt uden hjælp fra beamline-forskerne."