Kogud

Uudsed uuringud laiendavad räni kasutamist patareides

Uudsed uuringud laiendavad räni kasutamist patareides

Tänapäeva liitiumioonakud on üsna tõhusad tänu teadlaste tehtud parandustele, mis asendasid aku grafiidanoodi räni omadega. Nüüd püüab Iirimaa Drexeli ülikooli ja Trinity College'i uus töö seda tõhusust veelgi suurendada, tugevdades ränianoode materjaliga MXene.

"Prognoositakse, et räni anoodid asendavad liitiumioonakudes olevad grafiitanoodid, millel on tohutu mõju salvestatud energiahulgale," ütles Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University ja Bachi professor Drexeli insenerikolledžis ja A.J. Drexeli Nanomaterjalide Instituut materjaliteaduse ja tehnika osakonnas, kes oli uuringu kaasautor.

"Oleme avastanud, et MXene materjalide lisamine ränianoodidele võib neid piisavalt stabiliseerida, et neid tegelikult patareides kasutada."

Patareid toimivad, hoides elektroodides, katoodis ja anoodis laenguid. Need laengud tarnitakse meie seadmetesse, kui ioonid liiguvad anoodist katoodi ja kui ioonid naasevad anoodi, laaditakse aku.

Ränianoodid suudavad vastu võtta kuni nelja liitiumioonit, grafiitanoodides võtab kuus süsinikuaatomit sisse vaid ühe liitiumiooni. Grafiidi asendamine räniga peamise materjalina Li-ioonanoodis parandaks selle efektiivsust, kuid on üks probleem. Räni paisub laadimise ajal nii kaugele, et võib puruneda.

MXene lahus

Selle probleemi vältimiseks töötasid teadlased välja uue meetodi ränipulbri segamiseks MXene lahuseks. Tulemuseks on hübriid-räni-MXene anood.

"MXenesid on võti, mis aitab räni patareides potentsiaali saavutada," ütles Gogotsi.

"Kuna MXeenid on kahemõõtmelised materjalid, on anoodis rohkem ioonidele ruumi ja nad saavad sinna kiiremini liikuda - parandades nii elektroodi võimsust kui ka juhtivust. Neil on ka suurepärane mehaaniline tugevus, MXene anoodid on ka üsna vastupidavad kuni 450 mikroni paksused. "

MXeenid koosnevad keemiliselt söövitatud kihilisest keraamilisest materjalist, mida nimetatakse MAX-faasiks. Teadlased on tänaseks tootnud rohkem kui 30 MXene tüüpi.

Teadlaste meeskond kasutas neist kahte räni-MXene anoodide valmistamiseks ja leidis, et kõigi anoodiproovide liitiumioonmahtuvus oli suurem kui tavalistel grafiit- või ränisüsiniku anoodidel. Nad teatasid kõrgemast juhtivusest, mis on kuni 100 kuni 1000 korda efektiivsem.

"MXene nanolehtede pidev võrk ei paku mitte ainult piisavat elektrijuhtivust ja vaba ruumi mahu muutuste mahutamiseks, vaid lahendab hästi ka Si mehaanilise ebastabiilsuse," kirjutavad nad.

"Seetõttu pakub siin demonstreeritud viskoosse MXene tindi ja suure mahutavusega Si kombinatsioon võimsat tehnikat täiustatud nanostruktuuride ehitamiseks erakordse jõudlusega."

Teadlased märgivad ka seda, et MXene-anoodide ehitus sobib masstootmiseks lihtsalt. Uuring on avaldatud aastalLooduskommunikatsioon.


Vaata videot: How batteries work - Adam Jacobson (Detsember 2021).