Исследования материалов могут раскрыть потенциал литий-серных батарей

Литий-серные батареи в последнее время стали одной из самых горячих тем в области устройств хранения энергии из-за их высокой плотности энергии, которая примерно в четыре раза выше, чем у литий-ионных батарей, используемых в настоящее время в мобильных устройствах. Одной из основных задач практического применения литий-серных батарей является поиск катодных материалов, демонстрирующих долгосрочную стабильность.Международное исследовательское сотрудничество, возглавляемое Юрием Гогоци из Drexel, доктором философии, заслуженным университетом и профессором кафедры попечительства инженерного колледжа и директором его исследовательской группы по наноматериалам, создало двумерный наноламинат углерода / серы, который может быть жизнеспособным кандидатом для использования в качестве литий-серный катод.В статье, недавно опубликованной в химическом журнале Angewandte Chemie, Гогоци вместе со своими коллегами из Университета Экс-Марсель объясняет свой процесс извлечения наноламината из трехмерного материала, называемого фазой Ti2SC MAX.

Их статья была выбрана как VIP-статья и будет размещена на обложке журнала.Фаза MAX, которая относится к семейству слоистой керамики, обнаруженной два десятилетия назад Мишелем Барсумом, доктором философии, заслуженным профессором кафедры материаловедения Дрекселя. Инженерное дело использовалось в качестве основы для большей части исследований Drexel в области материалов, направленных на поиск лучших материалов для батарей.Исследователи обнаружили, что наноламинаты углерода / серы имеют ковалентную связь между углеродом и серой и чрезвычайно равномерное распределение серы между атомарно тонкими слоями углерода.

Эта структура является ключом к их возможности использования в качестве электродных материалов для литий-серных батарей.В настоящее время углеродные наноматериалы, пропитанные серой, оказались наиболее перспективными катодными материалами для Li-S аккумуляторов. В этих материалах равномерное распределение серы в углеродной матрице и сильное взаимодействие между углеродом и серой являются двумя важными факторами, влияющими на производительность.

Наноламинаты углерод / сера, синтезированные группой Гогоци, демонстрируют ту же однородность, что и пропитанные углеродные наноматериалы, но сера в наноламинатах равномерно осаждается в углеродной матрице в виде атомарно тонких слоев, и наблюдается сильная ковалентная связь между углеродом и серой. Это может существенно повлиять на увеличение срока службы батарей следующего поколения.«У нас есть достаточно доказательств, чтобы показать, что электрохимическое травление может быть мощным методом для выборочного извлечения элементов« M »из фаз MAX, для создания разнообразных слоистых структур« AX », которые невозможно получить другим способом», — сказал Мэн. -Цян Чжао, научный сотрудник Гогоци и ведущий автор статьи.Это важное открытие, поскольку известно о существовании более 70 фаз MAX.

По оценке Гогоци, велика вероятность того, что новое детище «AX» фазы MAX станет материалами, которые найдут применение в устройствах хранения электроэнергии следующего поколения.«Нетрудно предвидеть, что структуры« AX »представляют новое семейство наноструктурированных материалов, большая часть которых, вероятно, будет 2D», — сказал Гогоци. «Различные уже известные комбинации« A »и« X »делают структуры« AX »очень привлекательными для ряда потенциальных применений, таких как накопление электрической энергии и катализ».

Эта работа была поддержана Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США.

Портал обо всем