Shranjevanje energije: skladiščenje nanodiskov | npg materiali za Azijo

Shranjevanje energije: skladiščenje nanodiskov | npg materiali za Azijo

Anonim

Predmeti

  • Baterije
  • Graphene

Samonastavitev dvodimenzionalnih anorganskih „nanodiskov“ povečuje zmogljivost litij-ionskih baterij.

Dvodimenzionalni materiali, kot je grafen, so se za raziskovalce baterij izkazali za neprecenljive, saj njihove ploščate površine lahko absorbirajo velike količine naboja. Predvsem halogenidi s prehodnimi kovinami so zlasti postali privlačni materiali za shranjevanje energije, ker lahko listi, ki jih tvorijo take spojine, zlahka interkalirajo litijeve ione. Jinwoo Cheon in sodelavci z univerze Yonsei in Nacionalne univerze v Seulu v Koreji so zdaj odkrili način, kako kalkonijev cirkonijev disulfid pretvoriti v halogenidni diskoksid (ZrS 2 ) v dvodimenzionalne nanodelske diske, ki lahko povečajo zmogljivosti litijevega naboja in praznjenja za več kot 200% glede na velike vzorce . 1

Odvzem ZrS 2 iz razsutega materiala, ki je večplastni, do nanoskabel, lahko poveča skladiščenje energije z večjo površino in poveča difuzijo litijevih ionov. Vendar je luščenje teh slojev zahtevno zaradi nestabilnih "visečih" vezi, ki pikajo robove dvodimenzionalne površine.

Image

Slika 1: Shematski prikaz ZrS 2 „nanodiskov“, ki se lahko zlijejo in povežejo visoke gostote litijevih ionov © 2011 ACS

Cheon in njegovi sodelavci so za rešitev te težave uporabili koloidni pristop. Z omejevanjem ZrS 2 v dvodimenzionalne z uporabo površinsko aktivne snovi, imenovane olejlamin, so raziskovalci lahko izolirali spojino kot tanke, okrogle liste (glej sliko). Transmisijska elektronska mikroskopija je pokazala, da je ta preprost postopek dal enokristalne diske ZrS 2 s povprečnim premerom 20 nm. Podaljševanje reakcijskega časa je ekipi omogočilo izdelavo večjih, 60 nm plošč, obenem pa ohranilo ultra tanko širino 1, 6 nm.

Čeprav so raziskovalci sprva izolirali nanodisk ZrS 2 kot koloidno disperzijo, so kmalu ugotovili, da je potopitev materialov v polarno topilo izzvala edinstveno reakcijo samo sestavljanja. Privlačne sile med molekulami zaščitnih površinsko aktivnih snovi so povzročile, da so se diski zložili v dobro opredeljene jeklenke, ki spominjajo na zvitek kovancev.

Cheon je med vsakim zloženim diskom imel relativno prazen razmik 1, 5 nm - kot nalašč za sprejem najrazličnejših molekul in ionov. Uporaba slojevitih snovi kot anod v litij-ionskih baterijah je pokazala izrazit nanoskalijski učinek: manjši diski so vsebovali več ionov in imeli hitrejšo hitrost napolnjenosti kot širši diski, kar je bila kritična ugotovitev za razvoj baterij naslednje generacije.

"Več slojev naših nanodiskkov jih naredi izjemno koristne za shranjevanje energije, katalizo in ločevanje, " pravi Cheon. Naslednji cilj ekipe je razširiti vsestranskost njihovega sistema z raziskovanjem aplikacij za pretvorbo sončne energije.

Avtorji

Ta raziskovalni vrhunec je odobril avtor izvirnega članka in vse empirične podatke, ki jih vsebuje, je navedel avtor.