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激光脈沖或?qū)⒂兄陂_發(fā)下一代高容量電池
時(shí)間:2023-07-31 17:30:27  來源:OFweek  
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(資料圖片)

近日,阿卜杜拉國王科技大學(xué)(King Abdullah University,KAUST)了一項(xiàng)研究成果,該成果可能有助于改進(jìn)下一代電池的陽極材料。

據(jù)悉,KAUST展示了使用激光脈沖來修改一種被稱為“MXene”的有潛力替代電極材料的結(jié)構(gòu),提高其能量容量和其他關(guān)鍵性能。

在這項(xiàng)研究中,科學(xué)家們解釋稱,石墨含有扁平的碳原子層,在電池充電期間,鋰原子在這些層之間存儲(chǔ),這一過程被稱為“嵌入”?!癕Xene”材料結(jié)構(gòu)也包含可以容納鋰的層,但這些層是由過渡金屬如鈦或鉬與碳或氮原子結(jié)合而成的,這使得材料具有高導(dǎo)電性。

這些層的表面還具有額外的原子,如氧或氟?;谔蓟f的“MXene”材料結(jié)構(gòu)具有特別好的鋰存儲(chǔ)能力,但在反復(fù)充放電循環(huán)后,其性能也會(huì)很快下降。

由Husam N. Alshareef和Zahra Bayhan領(lǐng)導(dǎo)的KAUST團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),這種降解是由MXene結(jié)構(gòu)中形成氧化鉬的化學(xué)變化引起的。

為了解決這個(gè)問題,他們使用紅外激光脈沖在“MXene”材料結(jié)構(gòu)中制造出碳化鉬的小“納米點(diǎn)”,這一過程被稱為“激光劃線”。這些大約10納米寬的納米點(diǎn)通過碳材料連接到“MXene”材料結(jié)構(gòu)的層上。

這提供了幾個(gè)好處:首先,納米點(diǎn)為鋰提供了額外的存儲(chǔ)容量,并加快了充放電過程。激光處理還降低了材料的氧含量,有助于防止有問題的氧化鉬的形成。最后,納米點(diǎn)和層之間的強(qiáng)連接提高了“MXene”材料結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性,并在充放電過程中穩(wěn)定了其結(jié)構(gòu)。

Bayhan在一份媒體聲明中表示:“這為調(diào)整電池性能提供了一種經(jīng)濟(jì)高效且快速的方法。”

研究人員用激光刻寫材料制作了一個(gè)陽極,并在鋰離子電池中進(jìn)行了1000多次充放電循環(huán)測試。有了納米點(diǎn),這種材料的電存儲(chǔ)容量比原來的MXene高4倍,幾乎達(dá)到了石墨的理論最大容量。激光刻錄材料在循環(huán)測試中也沒有顯示出容量損失。

鑒于這些結(jié)果,他們認(rèn)為激光刻劃可以作為一種通用策略來改善其他“MXenes”材料結(jié)構(gòu)的性能。例如,這有助于開發(fā)新一代可充電電池,這種電池使用比鋰更便宜、更豐富的金屬。另外,與石墨不同,MXenes材料結(jié)構(gòu)也可以嵌入鈉離子和鉀離子。

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