Denyutan Laser Boleh Membantu Membangunkan Bateri Berkapasiti Tinggi Generasi Seterusnya

Baru-baru ini, Universiti Sains dan Teknologi Raja Abdullah (KAUST) telah membentangkan hasil penyelidikan yang boleh membantu menambah baik bahan anod untuk bateri generasi akan datang.
Dilaporkan bahawa KAUST menunjukkan penggunaan denyutan laser untuk mengubah suai struktur bahan elektrod alternatif yang berpotensi dipanggil "MXene" untuk meningkatkan kapasiti tenaga dan sifat utama yang lain.
Dalam kajian itu, para saintis menjelaskan bahawa grafit mengandungi lapisan rata atom karbon, dan semasa pengecasan bateri, atom litium disimpan di antara lapisan ini dalam proses yang dikenali sebagai "benam". Struktur bahan "MXene" juga mengandungi lapisan yang boleh menampung litium, tetapi lapisan ini diperbuat daripada logam peralihan seperti titanium atau molibdenum yang digabungkan dengan atom karbon atau nitrogen, yang menjadikan bahan sangat konduktif.
Lapisan ini juga mempunyai atom tambahan, seperti oksigen atau fluorin, pada permukaannya. Struktur bahan "MXene" berasaskan molibdenum karbida mempunyai kapasiti penyimpanan litium yang sangat baik, tetapi prestasinya juga merosot dengan cepat selepas kitaran pengecasan/pelepasan berulang.
Pasukan KAUST, yang diketuai oleh Husam N. Alshareef dan Zahra Bayhan, mendapati bahawa kemerosotan ini disebabkan oleh perubahan kimia dalam struktur MXene yang membentuk molibdenum oksida.
Untuk menyelesaikan masalah ini, mereka menggunakan denyutan laser inframerah untuk mencipta "nanodots" kecil molibdenum karbida dalam struktur bahan "MXene", satu proses yang dikenali sebagai "tulisan laser. Proses ini dipanggil "tulisan laser. Nanodots ini, yang berukuran kira-kira 10 nanometer lebar, dilekatkan pada lapisan struktur MXene oleh karbon.
Ini menawarkan beberapa faedah: Pertama, nanodot menyediakan kapasiti penyimpanan tambahan untuk litium dan mempercepatkan proses pengecasan dan nyahcas. Rawatan laser juga mengurangkan kandungan oksigen bahan, membantu menghalang pembentukan oksida molibdenum yang bermasalah. Akhir sekali, sambungan kuat antara nanodot dan lapisan meningkatkan kekonduksian elektrik struktur bahan "MXene" dan menstabilkannya semasa proses pengecasan dan nyahcas.
Dalam kenyataan akhbar, Bayhan berkata, "Ini menyediakan cara yang kos efektif dan pantas untuk menala prestasi bateri."
Penyelidik membuat anod dengan bahan tertera laser dan mengujinya dalam bateri litium-ion dengan lebih daripada 1,000 kitaran nyahcas-cas. Dengan nanodot, kapasiti penyimpanan elektrik bahan adalah empat kali lebih tinggi daripada MXene asal, hampir mencapai kapasiti maksimum teori grafit. Bahan bertulis laser juga tidak menunjukkan kehilangan kapasiti dalam ujian berbasikal.
Berdasarkan keputusan ini, mereka percaya bahawa inskripsi laser boleh digunakan sebagai strategi umum untuk meningkatkan prestasi struktur bahan "MXenes" yang lain. Ini boleh, sebagai contoh, membawa kepada pembangunan generasi baharu bateri boleh dicas semula menggunakan logam yang lebih murah dan lebih banyak daripada litium. Selain itu, tidak seperti grafit, struktur bahan MXenes juga boleh dibenamkan dengan ion natrium dan kalium.