Forskare har utvecklat koaxiala nanokablar:kolnanorör belagda med titandioxid. Bildkredit:Cao, et al. (c) Materialkemi.
(PhysOrg.com) - I sig själv, titandioxid (TiO 2 ) är en mycket dålig elektrod. Elektroner rör sig mycket långsamt genom materialet - så långsamt, faktiskt, att det kan ta år att fylla en millimeter tjock bit TiO 2 . Dock, saker förändras när TiO 2 är extremt tunn:en 10 nm tjock bit TiO 2 kan fyllas med elektroner i millisekunder. Inspirerad av denna förmåga, forskare har nyligen undersökt om TiO 2 kan vara användbart för att tillverka batterier med hög kapacitet.
Ett team av forskare, Fei-Fei Cao, et al., från institutioner i Kina och Tyskland, har funnit att applicera ett tunt lager TiO 2 på utsidan av kolnanorör (CNT) kan skapa koaxiala nanokablar. Nanokablarna kan sedan formas till ett kristallint fast ämne som visar sig vara mycket bra på att fånga litiumjoner och snabbt transportera elektroner - mycket bättre än antingen TiO 2 eller CNT på egen hand.
”Å ena sidan, CNT -kärnan tillhandahåller tillräckliga elektroner för lagring av litium i TiO 2 slida, ”Skrev forskarna i en studie publicerad i Materialkemi . "Å andra sidan, CNT själv kan också lagra litium varigenom denna lagringskinetik är, i tur och ordning, förbättras genom närvaron av det nanoporösa TiO 2 ... [som] möjliggör snabb åtkomst av litiumjoner från den flytande elektrolyten. ”
Dessa symbiotiska fördelar kan direkt leda till förbättringar av litiumjonbatterier som använder nanokabelbaserade anoder. Forskarna fann att de nya anoderna erbjuder förbättringar i lagringskapacitet, släpphastighet, och cykelprestanda jämfört med antingen ren CNT eller ren TiO 2 . Nanokablarna hade också god tillförlitlighet, visar nästan ingen kapacitetsförlust efter hundra cykler.
Titanbelagda nanorörskablar som visas under ett transmissionselektronmikroskop. Bildkredit:Cao, et al. (c) Materialkemi.
Dessa förmågor är också konkurrenskraftiga med grafitbaserade anoder, som vanligtvis används i dagens litiumjonbatterier. Plus, nanokablarna är lätta att producera och tillverkade av billiga material, vilket kan göra dem attraktiva för kommersiellt bruk.
”Detta fascinerande symbiotiska beteende och det faktum att kabelmorfologin leder till en effektiv användning av denna symbios gör att denna lösning matchar kraven på litiumjonbatterier extremt bra, ”Skrev forskarna.
Forskarna hoppas att denna demonstration av de synergistiska fördelarna med hybridmaterial kan motivera ytterligare forskning om att använda hybridmaterial för andra energilagringsenheter, såsom superkondensatorer.
© 2010 PhysOrg.com
