Forbedring af natriumionbatterier med mekanisk robust nanocellulær grafen

Lige siden dets opdagelse i 2004 har grafen revolutioneret inden for materialevidenskab og videre. Grafen består af todimensionelle plader af kulstofatomer, bundet til en tynd sekskantet form med en tykkelse på et atomlag. Dette giver det bemærkelsesværdige fysiske og kemiske egenskaber.

På trods af sin tyndhed er grafen utrolig stærk, let, fleksibel og gennemsigtig. Det udviser også ekstraordinær elektrisk og termisk ledningsevne, stort overfladeareal og uigennemtrængelighed for gasser. Fra højhastighedstransistorer til biosensorer kan den prale af en uovertruffen alsidighed i applikationer.

Nanocellulær grafen (NCG) er en specialiseret form for grafen, der opnår et stort specifikt overfladeareal ved at stable flere lag af grafen og kontrollere dets indre struktur med en nanoskala cellulær morfologi.

NCG er eftertragtet for sit potentiale til at forbedre ydeevnen af ​​elektroniske enheder, energienheder og sensorer. Men dens udvikling er blevet forhindret af defekter, der opstår under fremstillingsprocessen. Revner opstår ofte, når der dannes NCG, og forskere leder efter nye behandlingsteknologier, der kan fremstille homogene, revnefrie og sømløse NCG'er i passende skalaer.

"Vi opdagede, at kulstofatomer hurtigt selv samler sig til revnefri NCG under flydende metalaflegering af en amorf Mn-C precursor i en smeltet vismut," siger Won-Young Park, en kandidatstuderende ved Tohoku University.

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials .

Aflegering er en forarbejdningsteknik, der udnytter den varierende blandbarhed af legeringskomponenter i et smeltet metalbad. Denne proces korroderer selektivt visse komponenter i legeringen, mens andre bevares.

Park og hans kolleger viste, at NCG'er udviklet ved denne metode udviste høj trækstyrke og høj ledningsevne efter grafitisering. Desuden testede de materialet i et natrium-ion-batteri (SIB).

"Vi brugte den udviklede NCG som en aktiv materiale- og strømopsamler i en SIB, hvor den demonstrerede en høj hastighed, lang levetid og fremragende deformationsmodstand. I sidste ende vil vores metode til at lave revnefri NCG gøre det muligt at højne ydeevnen og fleksibilitet af SIB'er - en alternativ teknologi til lithium-ion-batterier til visse applikationer, især i storskala energilagring og stationære strømsystemer, hvor omkostninger, sikkerhed og bæredygtighed er altafgørende."

Flere oplysninger: Wong-Young Park et al., Mekanisk robust selvorganiseret revnefri nanocellulær grafen med fremragende elektrokemiske egenskaber i natriumionbatteri, avancerede materialer (2024). DOI:10.1002/adma.202311792

Journaloplysninger: Avanceret materiale

Leveret af Tohoku University