Lazeriu suardytas grafenas „įpūtė naujos gyvybės“ natrio jonų baterijoms: skelbiama, kad baterijų talpa padidėja ir jos tampa efektyvesnės ()
Ličio jonų baterijos yra ganėtinai efektyvios, tačiau gali būti kiek per brangios. Tad labai svarbu išlaikyti pusiausvyrą tarp naudojamų medžiagų bei jų efektyvumo ir, atrodo, kad suteikus senajai druskai „naujų galių“, ji gali duoti daugybę naudos. Mokslininkai iš Karaliaus Abdulaho mokslo ir technologijų universiteto (KAUST) atrado būdą, kaip „suardžius“ grafeną pagerinti natrio jonų bateriją.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Natrio jonai gali būti ne tokie efektyvūs kaip ličio jonai, bet natrio jonai yra labiau paplitę, todėl ir jų kaina yra mažesnė. Dažnai ličio jonų akumuliatoriuose esantiems anodams naudojama grafito medžiaga taip pat yra pigi, bet, deja, ji nėra tokia efektyvi, kai reikia „pagauti“ natrio jonus, kurie yra didesni už ličio jonus.
Ankščiau mokslininkai šią problemą sprendė karbonizuodami ąžuolo lapus arba pripildydami anodą grublėtais grafeno kamuoliukais.
KAUST komandos požiūris į šią problemą buvo šiek tiek panašus į pastarąjį projektą. Jų tikslas buvo pasiekti suardytą grafito formą, vadinamą kietąja anglimi, kuri gali sukaupti daugiau natrio jonų. Tačiau toks procesas yra labai sudėtingas ir reikalauja aukštos temperatūros, kuri būtų artima 1000 laipsnių pagal Celsijų. Tad mokslininkai sukūrė daug paprastesnį metodą, kurio metu panaudojamas lazeris ir taip pasigaminamas suardytas grafenas.
Pirmiausiai KAUST mokslininkai vario foliją padengė polimeru, sudarytų iš poliamido ir karbamido. Tada, siekiant jį „karbonizuoti“ ir paversti grafenu, į jį buvo nukreiptas intensyvaus lazerio spindulys. Proceso metu komanda panaudojo ir azoto dujas, kurios medžiagoje pakeičia tam tikrus anglies atomus. Tad galutiniame produkte – 3D grafene – yra apie 13 % azoto. Šioje medžiagoje padidėja atominis atstumas, ji pasižymi didesniu laidumu ir yra tiesiogiai susieta su vario pagrindu.
„Mes norėjo rasti būdą, kaip, išvengiant didelių temperatūrų, padaryti trijų matmenų kietąją anglį,“ – sakė tyrimo autorius Fan‘as Zhang‘as. „Šiuo būdu mes galime pagaminti kietąją anglį tiesiog ant varinės plokštelės“.
Komanda nustatė, kad kai ši medžiaga buvo naudojama kaip anodas natrio jonų baterijose, pastorosios buvo efektyvesnės ir pasižymėjo didesne talpa, lyginant su panašiomis ir anglies pagrindo anodus turinčiomis baterijomis.
Tyrimo rezultatai buvo paskelbti moksliniame žurnale „Advanced Energy Materials“.