Kolekcije

Novo istraživanje proširuje upotrebu silicija u baterijama

Novo istraživanje proširuje upotrebu silicija u baterijama

Današnje litijum-jonske baterije prilično su efikasne zahvaljujući poboljšanjima koja su napravili istraživači koji su zamijenili grafitnu anodu baterije onom izrađenom od silicijuma. Sada novi rad sa Univerziteta Drexel i Trinity College u Irskoj nastoji dodatno pojačati tu efikasnost ojačavanjem silicijumskih anoda materijalom nazvanim MXene.

"Predviđa se da silicijumske anode zamenjuju grafitne anode u litijum-jonskim baterijama sa ogromnim utjecajem na količinu uskladištene energije", rekao je dr. Yury Gogotsi, istaknuto sveučilište i Bachov profesor na Inženjerskom fakultetu Drexel i direktor A.J. Institut za nanomateriale Drexel sa Odjela za znanost o materijalima i inženjerstvo, koji je bio koautor istraživanja.

"Otkrili smo da dodavanje MXene materijala silikonskim anodama može dovoljno da ih stabilizira da se stvarno mogu koristiti u baterijama."

Baterije funkcioniraju zadržavanjem naboja u elektrodama, katodi i anodi. Ovi naboji se isporučuju našim uređajima dok joni putuju od anode do katode i kada se joni vrate na anodu, baterija se puni.

Silikonske anode mogu prihvatiti do četiri litijumova joda, dok u grafitnim anodama šest atoma ugljenika uzima samo jedan litijum. Zamjena grafita silicijumom kao primarnim materijalom u Li-ion anodi poboljšala bi njegovu efikasnost, ali postoji jedan problem. Silicij se širi dok se puni do te mjere da se može slomiti.

MXene rješenje

Da bi zaobišli ovo pitanje, istraživači su razvili novu metodu miješanja silicijskog praha u otopinu MXene. Rezultat je hibridna silicij-MXene anoda.

"MXene su ključ za pomoć silicijumu da ostvari svoj potencijal u baterijama," rekao je Gogotsi.

"Budući da su MXene dvodimenzionalni materijali, u anodi ima više prostora za jone i oni se mogu brže kretati u nju - poboljšavajući na taj način i kapacitet i provodljivost elektrode. Oni takođe imaju izvrsnu mehaničku čvrstoću, tako da silicij- MXene anode također su prilično izdržljive do 450 mikrona debljine. "

MXene se sastoje od kemijski najekanog slojevitog keramičkog materijala koji se naziva MAX faza. Do danas su istraživači proizveli više od 30 vrsta MXene.

Tim istraživača koristio je dva od njih za izradu silicijum-MXene anoda i otkrio da svi uzorci anoda pokazuju veći litijum-jonski kapacitet od konvencionalnih anoda od grafita ili silicijum-ugljenika. Oni su prijavili veću provodljivost do 100 do 1.000 puta efikasniju.

"Kontinuirana mreža nano listova MXene ne samo da pruža dovoljnu električnu provodljivost i slobodan prostor za prilagodbu promjeni zapremine, već i dobro rješava mehaničku nestabilnost Si", pišu oni.

"Stoga kombinacija viskozne MXene tinte i Si velikog kapaciteta koja je ovdje demonstrirana nudi moćnu tehniku ​​za izgradnju naprednih nanostruktura sa izuzetnim performansama."

Istraživači takođe napominju da je inženjering MXene anoda lako prikladan za masovnu proizvodnju. Studija je objavljena uNature Communications.


Pogledajte video: Kako napraviti ulje od jele u kućnim uslovima (Oktobar 2021).