Hiljuti esitles King Abdullahi teaduse ja tehnoloogia ülikool (KAUST) uuringu tulemusi, mis võivad aidata parandada järgmise põlvkonna akude anoodimaterjale.
Aruande kohaselt demonstreeris KAUST kasutamistlaserimpulsse, et muuta paljulubava alternatiivse elektroodi materjali struktuurinimega "MXene", et parandada selle energiamahtu ja muid olulisi omadusi.
Uuringus selgitasid teadlased, et grafiit sisaldab süsinikuaatomite lamedaid kihte ja aku laadimise ajal salvestatakse liitiumi aatomid nende kihtide vahele protsessis, mida nimetatakse "kinnitamiseks". "MXene" materjali struktuur sisaldab ka kihte, mis suudavad hoida liitiumi, kuid need kihid on valmistatud siirdemetallidest nagu titaan või molübdeen, mis on kombineeritud süsiniku või lämmastiku aatomitega, mis muudab materjali väga juhtivaks.
Nende kihtide pinnal on ka täiendavaid aatomeid, nagu hapnik või fluor. Molübdeenkarbiidil põhineval "MXene" materjalistruktuuril on eriti hea liitiumimahutavus, kuid selle jõudlus halveneb kiiresti ka korduvate laadimis- ja tühjendustsüklite järel.
KAUSTi meeskond, mida juhivad Husam N. Alshareef ja Zahra Bayhan, leidis, et selle lagunemise põhjustavad keemilised muutused MXene struktuuris, mis moodustavad molübdeenoksiidi.
Selle probleemi lahendamiseks kasutasid nad infrapuna laserimpulsse, et tekitada MXene materjali struktuuris väikesed molübdeenkarbiidi nanodoodid. Seda protsessi nimetatakse laserkirjutamiseks. Protsessi nimetatakse "laseriga kirjutamiseks". Need umbes 10 nanomeetri laiused nanopunktid on MXene struktuuri kihtide külge kinnitatud süsinikuga.
See pakub mitmeid eeliseid: Esiteks pakuvad nanopunktid liitiumile täiendavat mälumahtu ning kiirendavad laadimis- ja tühjendusprotsessi. Lasertöötlus vähendab ka materjali hapnikusisaldust, aidates ära hoida probleemsete molübdeenoksiidide teket. Lõpuks parandavad nanopunktide ja kihtide vahelised tugevad ühendused "MXene" materjali struktuuri elektrijuhtivust ja stabiliseerivad seda laadimis- ja tühjendusprotsessi ajal.
Bayhan ütles pressiteates: "See pakub kulutõhusat ja kiiret viisi akude jõudluse häälestamiseks."
Teadlased valmistasid laseriga kantud materjalist anoodi ja katsetasid seda liitiumioonakus, millel oli rohkem kui 1,000 laadimis- ja tühjenemistsüklit. Nanodotsidega oli materjali elektriline mälumaht neli korda suurem kui algsel MXene'il, saavutades peaaegu grafiidi teoreetilise maksimaalse mahu. Ka laseriga kirjutatud materjal ei näidanud tsüklikatsetes võimsuse vähenemist.
Nende tulemuste valguses usuvad nad, et laserkirjet võiks kasutada üldise strateegiana muude "MXenes" materjalistruktuuride toimivuse parandamiseks. See võib näiteks viia uue põlvkonna laetavate akude väljatöötamiseni, mis kasutavad liitiumist odavamat ja rikkalikumat metalli. Lisaks saab erinevalt grafiidist MXenesi materjalistruktuure lisada ka naatriumi- ja kaaliumiioonidega.
