Лазерная обработка повышает производительность батареи

Aug 16, 2023

Поскольку мир переходит к возобновляемым источникам энергии, потребность в высокопроизводительных аккумуляторных батареях для хранения прерывистой энергии становится решающей. Хотя в настоящее время используются литий-ионные аккумуляторы, их характеристики все еще требуют улучшения. Одним из способов расширения их возможностей является разработка новых материалов для электродов.

Исследователи из KAUST продемонстрировали использование лазерных импульсов для изменения структуры альтернативного электродного материала под названием MXene, что приводит к повышению энергоемкости и другим ключевым свойствам. MXene состоит из слоев переходных металлов, таких как титан или молибден, связанных с атомами углерода или азота, что делает материал высокопроводящим и обеспечивает емкость хранения лития.

Однако характеристики MXenes на основе карбида молибдена со временем ухудшаются из-за образования оксида молибдена в структуре материала. Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали инфракрасные лазерные импульсы для создания наноточек карбида молибдена внутри MXene — процесс, известный как лазерное скрайбирование. Эти наноточки обеспечили дополнительную емкость для хранения лития и ускорили процесс зарядки и разрядки.

Лазерная обработка также снизила содержание кислорода в материале, предотвращая образование проблемного оксида молибдена. Кроме того, прочные связи между наноточками и слоями улучшили проводимость MXene и стабилизировали его структуру во время зарядки и разрядки. Полученный материал с лазерной маркировкой продемонстрировал четырехкратное увеличение электрической емкости по сравнению с исходным MXene.

В ходе испытаний исследователи создали анод из материала, нанесенного лазером, и подвергли его 1000 циклам зарядки-разрядки в литий-ионной батарее, не наблюдая потери емкости. Они считают, что лазерное скрайбирование может быть применено для улучшения свойств других MXenes, что приведет к разработке перезаряжаемых батарей, в которых используются экономически эффективные и распространенные металлы, такие как натрий и калий.

Результаты этого исследования представляют собой многообещающую стратегию улучшения производительности аккумуляторов и продвижения следующего поколения перезаряжаемых батарей.