Colecții

Cercetări noi extind utilizarea siliciului în baterii

Cercetări noi extind utilizarea siliciului în baterii

Bateriile litiu-ion de astăzi sunt destul de eficiente datorită îmbunătățirilor aduse de cercetători care au înlocuit anodul de grafit al bateriei cu unul fabricat din siliciu. Acum, o nouă lucrare de la Universitatea Drexel și Trinity College din Irlanda încearcă să sporească eficiența în continuare prin fortificarea anodilor de siliciu cu un material numit MXene.

„Anodii de siliciu sunt proiectați pentru a înlocui anodii de grafit din bateriile Li-ion cu un impact uriaș asupra cantității de energie stocată”, a declarat Yury Gogotsi, dr., Universitatea Distinsă și profesor Bach la Colegiul de Inginerie al Drexel și director al A.J. Drexel Nanomaterials Institute din cadrul Departamentului de Știința și Ingineria Materialelor, care a fost co-autor al cercetării.

„Am descoperit că adăugarea de materiale MXene la anodii de siliciu le poate stabiliza suficient pentru a fi utilizate de fapt în baterii.”

Bateriile funcționează prin reținerea încărcăturilor în electrozi, catod și anod. Aceste taxe sunt livrate dispozitivelor noastre pe măsură ce ionii se deplasează de la anod la catod și când ionii se întorc la anod, bateria este reîncărcată.

Anodii de siliciu pot accepta până la patru ioni de litiu, în timp ce în anodii de grafit, șase atomi de carbon iau doar un litiu. Înlocuirea grafitului cu siliciu ca material primar în anodul Li-ion ar îmbunătăți eficiența acestuia, dar există o problemă. Siliciul se extinde pe măsură ce se încarcă până se poate rupe.

O soluție MXene

Pentru a ocoli această problemă, cercetătorii au dezvoltat o metodă nouă de amestecare a pulberii de siliciu într-o soluție MXene. Rezultatul este un anod hibrid de siliciu-MXene.

"MXenele sunt cheia pentru a ajuta siliciul să-și atingă potențialul în baterii", a spus Gogotsi.

„Deoarece MXenele sunt materiale bidimensionale, există mai mult spațiu pentru ionii din anod și se pot deplasa mai repede în el - îmbunătățind astfel atât capacitatea, cât și conductivitatea electrodului. Au, de asemenea, o rezistență mecanică excelentă, deci siliciu- Anodii MXene sunt, de asemenea, destul de durabili până la 450 microni grosime. "

MXenele constau dintr-un material ceramic stratificat gravat chimic numit fază MAX. Cercetătorii au produs până acum peste 30 de tipuri de MXene.

Echipa de cercetători a folosit doi dintre aceștia pentru a produce anodii de siliciu-MXene și a constatat că toate probele de anod au prezentat o capacitate mai mare de litiu-ion decât anodele convenționale de grafit sau siliciu-carbon. Au raportat o conductivitate mai mare de până la 100 până la 1.000 de ori mai eficientă.

„Rețeaua continuă de nanofolii MXene nu numai că asigură o conductivitate electrică suficientă și spațiu liber pentru acomodarea schimbării volumului, dar rezolvă bine instabilitatea mecanică a Si”, scriu ei.

"Prin urmare, combinația de cerneală MXene vâscoasă și Si de mare capacitate demonstrată aici oferă o tehnică puternică pentru a construi nanostructuri avansate cu performanțe excepționale."

Cercetătorii observă, de asemenea, că ingineria anodilor MXene se pretează ușor producției de masă. Studiul este publicat înComunicări despre natură.


Priveste filmarea: Passat function (Septembrie 2021).