Li-ion-batterier (LIB) är fördelaktiga energilagringsenheter på grund av deras högre specifika energitäthet, lägre självurladdning, och lägre minneseffekt. Bland komponenterna i batterier, elektrodmaterial spelar en nyckelroll för att förbättra elektrokemiska egenskaper. Således, utvecklingen av avancerade elektrodmaterial för högpresterande LIB:er är ett viktigt mål inom relaterade forskningsområden.

Tvådimensionella (2D) nanomaterial, inklusive grafen, övergångsmetalloxid (TMO) nanoskivor, övergångsmetalldikalkogenid (TMD) nanoark, etc., är sammansatta av ett eller flera monolager av atomer (eller enhetsceller). De har enastående fysikaliska och kemiska egenskaper i motsats till sina bulkmotsvarigheter. Integreringen av 2-D nanomaterial med energilagringsenheter kan övervinna stora utmaningar som drivs av ständigt växande globala energibehov. Tyvärr, den direkta användningen av dessa arkliknande material är utmanande på grund av en allvarlig självagglomererande tendens, relativt låg konduktivitet, och uppenbara volymförändringar under upprepade laddnings-urladdningscykler.

I en ny recensionsartikel publicerad i National Science Review , forskare från Australien vid Queensland University of Technology och University of Wollongong sammanfattade de senaste framstegen när det gäller strategier för att förbättra litiumlagringsprestandan för 2-D nanomaterial. Dessa strategier för att manipulera strukturerna och egenskaperna förväntas möta de stora utmaningarna för avancerade nanomaterial i energilagringstillämpningar. Medförfattare Jun Mei, Yuanwen Zhang, Ting Liao, Ziqi Sun och Shi Xue Dou identifierade tre primära strategier:hybridisering med ledande material, yt-/kantfunktionalisering, och strukturell optimering.

"Hybridiseringsstrategin är den vanligaste för TMOs/TMDs-baserade nanokompositer, där vissa ledande nanostrukturer, t.ex. nano-kol, kolnanorör (CNT), grafen, organiska polymerer, metalliska nanopartiklar, etc., introduceras för att hybridisera med TMO/TMD nanosheets för att förbättra den totala ledningsförmågan och rymma volymexpansionen av metalloxid- eller sulfidnanomaterial under de upprepade laddnings-/urladdningscyklerna, " rapporterar forskarna.

"Den andra strategin är kant/yta funktionalisering, vilket kan uppnås genom atom/jondopning eller defektteknik vid kanterna eller på ytorna av 2-D nanomaterialen. Implantationen av heteroatomer eller joner i 2-D nanomaterial hjälper till att modulera den elektroniska strukturen, ytkemisk reaktivitet, eller mellanskiktet mellan 2-D nanomaterialen, och ytterligare förbättrar lagringskapaciteten för litiumjoner, " skriver de. "Den tredje strategin för strukturoptimering realiseras ofta genom att kontrollera vissa strukturella parametrar under tillverkningen, som tjocklek, storlek, porer, eller ytmorfologi, som har betydande inverkan på de strukturberoende egenskaperna och den elektrokemiska prestandan, och är fördelaktiga för att lindra den oundvikliga självstackningen och exponera mer aktiva webbplatser."

Forskarna drar slutsatsen, "Dessa effektiva strategier för att förbättra litiumlagringen av 2D nanomaterial kommer att vara bra referenspunkter för forskare och forskare inom relaterade materialområden, kemi, och nanoteknik, som ser fram emot att utveckla överlägsna nästa generations uppladdningsbara batterier".