Överföringselektronmikrograf av ihåliga järnoxid -nanopartiklar.
Nya ihåliga nanopartiklar av järnoxid med en hög koncentration av defekter syntetiserades av användare av Center for Nanoscale Materials (CNM) från Argonnes Chemical Sciences &Engineering Division och Advanced Photon Source (APS), och University of Chicago, arbetar i samarbete med CNM NanoBio Interfaces Group. Ett nytt koncept för elektrodtillverkning baserat på att täta nanopartiklar mellan lager av rena kolnanorör utvecklades också. När denna nya elektrod användes som katod, de inneboende järnvakanserna möjliggjorde avsevärt ökad prestanda i ett litiumjonbatteri.
Konventionella nanopartikelbaserade elektroder bleknar snabbt på grund av dålig anslutning mellan nanopartiklarna och strömavtagaren. De nya elektroderna möjliggör reversibel litiumjoninterkalering, vilket resulterade i hög kapacitet och effektivitet, överlägsen prestanda, och utmärkt stabilitet (ingen blekning över mer än 500 cykler). Detta resultat visar att nanomaterialmorfologi är avgörande för utvecklingen av litiumjonbatterier.
Schematisk elektrod bestående av ihåliga nanopartiklar av järnoxid tätade mellan kolnanorörsfilmer.
På CNM, ihålig gamma-Fe 2 O 3 nanopartiklar syntetiserades med fyra gånger fler katjonvakanser än fasta nanopartiklar eller bulkmaterial. Ny elektrodtillverkning involverade att försegla nanopartiklarna mellan lager av rena flerväggiga kolnanorör utan bindemedel eller tillsatser. Elektrokemiska studier visade hög kapacitet (132 mAh/g vid 2,5V), 99,7% Coulombic effektivitet, överlägsen hastighet (133 mAh/g vid 3000 mA/g), och utmärkt stabilitet. På APS, in situ strukturell transformation av nanopartiklar genom synkrotronröntgenabsorption och diffraktionstekniker gav en tydlig förståelse av litiumprocesser under elektrokemisk cykling.
