Ny material nanoarkitektur möjliggör utvecklingen av den nya generationens högenergibatterier bortom Li-ion kemi. Kredit:University of Technology Sydney
Den snabba utvecklingen av förnybara energiresurser har utlöst enorma krav i storskaliga, kostnadseffektiva stationära energilagringssystem med hög energitäthet.
Litiumjonbatterier (LIB) har många fördelar men det finns mycket rikligare metalliska element tillgängliga som natrium, kalium, zink och aluminium.
Dessa grundämnen har liknande kemi som litium och har nyligen undersökts omfattande, inklusive natriumjonbatterier (SIB), kaliumjonbatterier (PIB), zinkjonbatterier (ZIB), och aluminiumjonbatterier (AIB). Trots lovande aspekter relaterade till redoxpotential och energitäthet har utvecklingen av dessa bortom-LIB hindrats av bristen på lämpliga elektrodmaterial
Ny forskning ledd av professor Guoxiu Wang från University of Technology Sydney, och publiceras i Naturkommunikation , beskriver en strategi som använder interface strain engineering i ett 2-D grafen nanomaterial för att producera en ny typ av katod. Töjningsteknik är processen att justera ett material egenskaper genom att ändra dess mekaniska eller strukturella attribut.
"Beyond-litium-ion-batterier är lovande kandidater för hög energitäthet, lågkostnads- och storskaliga energilagringstillämpningar. Dock, den största utmaningen ligger i utvecklingen av lämpliga elektrodmaterial, "" Professor Wang, Direktör för UTS Center for Clean Energy Technology, sa.
"Denna forskning visar en ny typ av nolltöjningskatoder för reversibel interkalering av bortom-Li+-joner (Na + , K + , Zn 2 +, Al 3 + ) genom interface strain engineering av en 2-D flerskiktad VOPO4-grafen heterostruktur.
När de används som katoder i K+-jonbatterier, vi uppnådde en hög specifik kapacitet på 160 mA h g -1 och en stor energitäthet på ~570 W h kg -1 , presenterar det bästa rapporterade resultatet hittills. Dessutom, den förberedda 2-D flerskiktiga heterostrukturen kan också utökas som katoder för högpresterande Na + , Zn 2 + , och Al 3 + -jonbatterier.
Forskarna säger att detta arbete förebådar en lovande strategi för att använda strain engineering av 2-D-material för avancerade energilagringstillämpningar.
"Strategien för strain engineering kan utvidgas till många andra nanomaterial för rationell design av elektrodmaterial mot högenergilagringstillämpningar bortom litiumjonkemi, " sa professor Wang.
