Materialforskare vid Lawrence Livermore National Laboratory har funnit att vissa metalloxider ökar kapaciteten och förbättrar cykelprestanda i litiumjonbatterier.

Teamet syntetiserade och jämförde den elektrokemiska prestandan hos tre nanokompositer av grafenmetalloxid och fann att två av dem avsevärt förbättrade reversibel litiumlagringskapacitet.

Forskningen visas på omslaget till 21 mars upplagan av Journal of Materials Chemistry A .

Grafen-metalloxid (GMO) nanokompositer har blivit kända för sin potential inom energilagring och omvandling, inklusive kondensatorer, litiumjonbatterier, katalys (för bränsleceller, vattendelning och luftrening) och sensorer.

För tillämpningar i litiumjonbatterier, metalloxidpartiklar (MO) i nanostorlek och högledande grafen anses vara fördelaktiga för att förkorta litiumdiffusionsvägar och minska polariseringen i elektroden, leder till förbättrad prestanda.

I experimenten, teamet doppade prefabricerade grafenaerogelelektroder i metalljonlösningar där alla metalloxidnanopartiklar verkar vara förankrade på grafenytan och är helt tillgängliga för elektrolyten (dvs. öppet porutrymme).

"I huvudsak, vårt tillvägagångssätt hjälper till att optimera prestanda på systemnivå genom att säkerställa att de flesta metalloxider är aktiva, " sa LLNL-materialforskaren Morris Wang och motsvarande författare till tidningen.

Metoden kan deponera de flesta typer av MO på samma prefabricerade 3D-grafenstruktur, möjliggör direkt jämförelse av elektrokemisk prestanda hos ett brett spektrum av GMO.

"Vi fann att experimenten visade stora reversibla litiumlagringskapaciteter av grafenark, möjliggörs av metalloxidernas obeskrivliga roller, " Wang sa. "Vi såg överraskande nog hur storheten av kapacitetsbidrag från grafen huvudsakligen bestäms av aktiva material och typen av MO bunden till grafenytan."

Specifikt, MO:s litiumlagringsmekanismer och deras laddningsförhållande kontra grafen spelar nyckelroller för att bestämma bidragen till grafenkapaciteten.