Nedavno je Sveučilište znanosti i tehnologije kralja Abdullaha (KAUST) predstavilo rezultate studije koja bi mogla pomoći u poboljšanju anodnih materijala za baterije sljedeće generacije.
Prema izvješću, KAUST je pokazao korištenjelaserski impulsi za modificiranje strukture obećavajućeg alternativnog materijala elektrodepod nazivom "MXene" za poboljšanje njegovog energetskog kapaciteta i drugih ključnih svojstava.
U studiji su znanstvenici objasnili da grafit sadrži ravne slojeve atoma ugljika, a tijekom punjenja baterije atomi litija pohranjuju se između tih slojeva u procesu poznatom kao "ugrađivanje". Struktura materijala "MXene" također sadrži slojeve koji mogu držati litij, ali ti su slojevi napravljeni od prijelaznih metala poput titana ili molibdena u kombinaciji s atomima ugljika ili dušika, što čini materijal visoko vodljivim.
Ovi slojevi također imaju dodatne atome, poput kisika ili fluora, na svojim površinama. Struktura materijala "MXene" na bazi molibden karbida ima posebno dobar kapacitet skladištenja litija, ali se njegove performanse također brzo pogoršavaju nakon ponovljenih ciklusa punjenja/pražnjenja.
Tim KAUST-a, predvođen Husamom N. Alshareefom i Zahrom Bayhan, otkrio je da je ova degradacija uzrokovana kemijskim promjenama u strukturi MXene koja stvara molibden oksid.
Kako bi riješili ovaj problem, upotrijebili su infracrvene laserske impulse za stvaranje malih "nanotočaka" molibden karbida u strukturi materijala "MXene", proces poznat kao "lasersko skrajbiranje". Proces se naziva "lasersko skrajbiranje". Ove nanotočke, koje su široke oko 10 nanometara, pričvršćene su ugljikom na slojeve MXene strukture.
To nudi nekoliko prednosti: Prvo, nanotočke pružaju dodatni kapacitet za pohranu litija i ubrzavaju proces punjenja i pražnjenja. Laserski tretman također smanjuje sadržaj kisika u materijalu, pomažući u sprječavanju stvaranja problematičnih molibdenovih oksida. Konačno, jake veze između nanotočaka i slojeva poboljšavaju električnu vodljivost strukture materijala "MXene" i stabiliziraju je tijekom procesa punjenja i pražnjenja.
U izjavi za tisak, Bayhan je rekao: "Ovo pruža ekonomičan i brz način za podešavanje performansi baterija."
Istraživači su izradili anodu s laserski ispisanim materijalom i testirali je u litij-ionskoj bateriji s više od 1000 ciklusa punjenja i pražnjenja. S nanotočkama, kapacitet električne pohrane materijala bio je četiri puta veći od izvornog MXene, gotovo dostigavši teoretski maksimalni kapacitet grafita. Laserski ispisani materijal također nije pokazao gubitak kapaciteta u cikličkim testovima.
U svjetlu ovih rezultata, oni vjeruju da bi se laserski natpis mogao koristiti kao opća strategija za poboljšanje performansi drugih "MXenes" materijalnih struktura. To bi, primjerice, moglo dovesti do razvoja nove generacije punjivih baterija koje koriste jeftiniji i rasprostranjeniji metal od litija. Osim toga, za razliku od grafita, strukture MXenes materijala također mogu biti ugrađene s ionima natrija i kalija.
