Laserbehandling viste sig at øge batteriets ydeevne
Efterhånden som verden går over til vedvarende energikilder som sol og vind, er der et stigende behov for højtydende genopladelige batterier til at lagre energien, der genereres af denne intermitterende energikilde. Nutidens lithium-ion-batterier er gode, men deres ydeevne skal stadig forbedres; udvikling af nye elektrodematerialer er en måde at forbedre deres ydeevne på.
KAUST-forskere har demonstreret brugen af laserimpulser til at modificere strukturen af et lovende alternativt elektrodemateriale kendt som MXene, hvilket øger dets energikapacitet og andre nøgleegenskaber. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Small . Forskerne håber, at denne strategi kan hjælpe med at udvikle et forbedret anodemateriale i næste generations batterier.
Grafit indeholder flade lag af kulstofatomer, og under batteriopladning lagres lithiumatomer mellem disse lag i en proces, der kaldes interkalation. MXener indeholder også lag, der kan rumme lithium, men disse lag er lavet af overgangsmetaller såsom titanium eller molybdæn bundet til kulstof- eller nitrogenatomer, hvilket gør materialet stærkt ledende.
Lagenes overflader har også yderligere atomer såsom oxygen eller fluor. MXener baseret på molybdæncarbid har særlig god lithiumlagringskapacitet, men deres ydeevne forringes hurtigt efter gentagne op- og afladningscyklusser.
Holdet, ledet af Husam N. Alshareef og Ph.D. studerende Zahra Bayhan, opdagede, at denne nedbrydning er forårsaget af en kemisk ændring, der danner molybdænoxid i MXenens struktur.
For at tackle dette problem brugte forskerne infrarøde laserimpulser til at skabe små "nanodots" af molybdæncarbid i MXene, en proces kaldet laserscribing. Disse nanodotter, omkring 10 nanometer brede, var forbundet med MXene's lag af kulstofmaterialer.
Dette giver flere fordele. For det første giver nanodotterne yderligere lagerkapacitet til lithium og fremskynder op- og afladningsprocessen. Laserbehandlingen reducerer også materialets iltindhold, hvilket er med til at forhindre dannelsen af problematisk molybdænoxid. Endelig forbedrer stærke forbindelser mellem nanodotterne og lagene MXene'ens ledningsevne og stabiliserer dens struktur under op- og afladning. "Dette giver en omkostningseffektiv og hurtig måde at justere batteriets ydeevne på," siger Bayhan.
Forskerne lavede en anode af det laserskrevne materiale og testede det i et lithium-ion-batteri over 1000 opladnings-afladningscyklusser. Med nanodotterne på plads havde materialet en fire gange højere elektrisk lagerkapacitet end den originale MXene og nåede næsten den teoretiske maksimale kapacitet af grafit. Det laserskrevne materiale viste heller ikke noget tab i kapacitet under cykeltesten.
Forskerne mener, at laserskrift kunne anvendes som en generel strategi til at forbedre egenskaberne af andre MXener. Dette kan være med til at udvikle en ny generation af genopladelige batterier, der bruger billigere og mere rigelige metaller end for eksempel lithium. "I modsætning til grafit kan MXener også interkalere natrium- og kaliumioner," forklarer Alshareef.
Flere oplysninger: Zahra Bayhan et al., A Laser-Induced Mo2 CTx MXene Hybrid Anode til højtydende Li-Ion batterier, Små (2023). DOI:10.1002/sml.202208253
Journaloplysninger: Lille
Leveret af King Abdullah University of Science and Technology
Varme artikler
-
Laser-induceret grafen super til elektronikEt elektronmikroskopbillede viser tværsnittet af laserinduceret grafen brændt ind på begge sider af et polyimidsubstrat. Det fleksible materiale skabt på Rice University har potentiale til brug i elek -
Forskere indser verdens tyndeste optiske hologram med 2-D materiale monolagStimuleret af en ultrahurtig laserstråle, det nanomønstrede wolframdisulfid-hologram genererer det rekonstruerede billede af den kinesiske karakter for ordet lys med blå farve. Indsatsen viser scannin -
Forskere skærer mønstre i nanometerstørrelse i 2D-materialerKredit:Samuel Howell / 2020 EPFL EPFL-forskere har udviklet en højpræcisionsteknologi, der gør dem i stand til at skære nanometriske mønstre ind i todimensionelle materialer. Med deres banebryden -
AFM -tip fra mikrobølgeovnenDr. Stephanie Hoeppener arbejder med et atomkraftmikroskop, for hvilket et Jena -forskerteam har udviklet en ny procedure, der gør det muligt at producere skarpere sonder. Kredit:Jan-Peter Kasper/Univ
- Hvad er forskellen mellem en vindmølle og en vindmølle?
- Boeing forsinker nøglen ubemandet testflyvning til ISS
- Chipdesign reducerer dramatisk den energi, der er nødvendig for at beregne med lys
- Europa bøder Google 1,7 milliarder dollars i kartelsag (opdatering)
- Teori og praksis nøglen til optimeret bredbånd, optiske metamaterialer med lavt tab
- Hvorfor er planeter næsten sfæriske?