Ученые из университета штата Канзас открыли одни из важнейших свойств оксида графена, которые помогут усовершенствовать натрий-ионные и литий-ионные гибкие батареи. Доцент Гурприт Сингх и докторант Лэмюэл Дэвид опубликовали результаты исследования в издании Journal of Physical Chemistry. Оксид графена — изолирующая и дефектная версия графена, которая преобразуется в проводник или полупроводник под нагревом. Сингх с коллегами исследовали листы оксида графена в качестве гибких бумажных электродов для натрий-ионных и литий-ионных батарей. Исследователи выяснили, что натриевая емкость бумажных электродов зависит от расстояния между отдельными слоями, что можно настроить в процессе нагрева этих слоев в газообразном аммиаке или аргоне. Например, преобразованные листы оксида графена, произведенные при высокой температуре, обладают околонулевой натриевой емкостью, в то время как те же листы, произведенные при температуре 500 градусов Цельсия, обладают максимальной емкостью. «Наблюдение имеет большое значение, поскольку графит, предшественник производства оксида графена, обладает незначительной натриевой емкостью и долгое время исключался из числа жизнеспособных электродов для натриевых батарей», отметил Сингх. „Графит — предпочтительный материал в современных литий-ионных батареях, поскольку межслойный интервал верен лишь для наименьших ионов лития“. Исследователи впервые показали, что гибкая бумага, целиком состоящая из листов оксида графена, способна заряжаться и разряжаться ионами натрия более 1000 циклов. Соль натрия перхлората, растворенная в карбонате этилена, служит электролитом в таких батареях. «Большинство материалов литиевых электродов для натриевых батарей способно лишь на несколько десятков циклов зарядки и разрядки, поскольку натрий намного больше лития и вызывает значительные изменения объема и повреждение основного материала», сказал Сингх. „Проект уникален, поскольку расстояние между отдельными слоями графена является достаточно большим, чтобы позволять быстрое внедрение и извлечение ионов натрия, благодаря атомам кислорода и водорода, которые не дают листам сложиться“. Сингх с коллегами также исследовали механическое поведение электродов, сделанных из преобразованных листов оксида графена. Ученые измерили усилие, требуемое для разлучения электродов. С помощью видеографии они показали способность мятых бумаг из оксида графена выдерживать большие усилия. «Такие измерения и исследования механизмов отказа важны для проектирования долговечных батарей, поскольку желательно, чтобы электрод мог расширяться и сокращаться без изломов и разрывов в течение тысяч циклов, специально для больших нелитиевых металл-ионных батарей», сказал Сингх. „Сегодня почти все используют мятый графен или в качестве проводящего агента, или в качестве эластичной поддержки, или в обоих качествах сразу“. Ранее в этом году Сингх с коллегами продемонстрировали масштабный синтез немногослойных листов дисульфида молибдена. Также они показали, что композитная бумага дисульфида молибдена/графена имеет потенциал высокопроизводительного электрода для натрий-ионных батарей. В том исследовании ученые использовали графен в качестве проводника для листов дисульфида молибдена и наблюдали относительную неактивность графена по сравнению с натрием. Последние исследования показали, что в отличие от натрия, литиевая емкость преобразованных листов оксида графена увеличивается с ростом температуры синтеза этих листов, вплоть до максимальной отметки 900 градусов Цельсия. Сингх сказал, что исследование натриевых и литиевых батарей важно по нескольким причинам. Поскольку фокус смещается от транспортных средств со стационарными системами хранения энергии и массивными транспортными средствами, стационарные батареи должны стать дешевле, безопасней и экологически мягче. Вследствие изобилия натрий является потенциальным кандидатом на замещение литий-ионных батарей. С помощью нанотехнологии Сингх с коллегами сумели исследовать и спроектировать материалы, которые могут хранить ионы натрия обратимо и без повреждения. Так был привлечен оксид графена, который допускает более 1000 циклов. Сингх с коллегами намерены продолжить исследование новых наноматериалов, и сосредоточатся они на тех из них, что могут выпускать серийно и рентабельно. 19.12.2014 |
Энергия
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент | |
Не зря авиакомпании не разрешают сда... |
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии | |
Если вы являетесь Независимым системным о... |
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины | |
Исследователи EPFL использовали алгоритм генет... |
ChemM: Открыты новые материалы для безопасных и высокопроизводительных батарей | |
Полностью твердотельные литий-ионные батареи с... |
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма | |
Имплантируемые медицинские устройства &md... |
Новый реактор сэкономит миллионы при производстве пластиков и резины из газа | |
Новый способ получения важного ингредиента для... |
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода | |
Ученые преодолели ограничения долговечности би... |
P2P обмен энергией между домохозяйствами снижает зависимость от поставщиков | |
Наши энергетические системы быстро изменяются.... |
Ученые исследуют поглощение и потерю водорода из катодов Li-Ion аккумуляторов | |
Литий-ионные аккумуляторы являются одной из&nb... |
Ученые впервые увидели, как молекулы воды ведут себя у металлического электрода | |
Совместная группа экспериментальных и выч... |
Созданы стратегии ограничения саморазряда суперконденсаторов на основе углерода | |
Эффективное хранение чистой энергии &mdas... |
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии | |
В настоящее время более 2,2 миллиарда человек ... |
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | |
Цинк — дешевый, распространенный, э... |
ТПУ: Высокоэнтропийные сплавы позволят создать мембраны для очистки водорода | |
Ученые Томского политеха создали систему матем... |
Nature Physics: Открыта новая система управления хаотическим поведением света | |
Использование света и управление им ... |
Открыт потенциально более дешевый и холодный способ транспортировки водорода | |
В рамках усилий по отказу от ископае... |
Разработан новый метод создания стабильных и эффективных солнечных элементов | |
Солнечные материалы нового поколения дешевле и... |
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы | |
Согласно результатам нового исследования, пров... |
Новый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего | |
Исследователи из Лундского университета, ... |
Перовскитовые ячейки — новое решение для повышения эффективности солнечных панелей | |
Солнечные элементы на основе перовскита, ... |
Новая анионообменная мембрана станет ключевым компонентом топливных элементов | |
Анионообменные мембранные топливные элементы п... |
Применение шарового размола улучшит характеристики литий-ионных аккумуляторов | |
Более дешевые и эффективные литий-ионные ... |
Кремний может стать альтернативой графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах | |
В новаторском обзоре, опубликованном в жу... |
Joule: Ученые успешно испытали тандем перовскита и кремния в солнечных батареях | |
Несмотря на то, что традиционные сол... |
Ученые разработали электролизное устройство для превращения CO2 в пропан | |
В недавно опубликованной в журнале Nature... |
E&ES: Новый электролит предотвращает возгорание и тепловой выброс в аккумуляторах | |
Йонг-Джин Ким и Джайеон Бэк из&... |
Исследователи разработали метод охлаждения водородной плазмы в термоядерных реакторах | |
Возможно, люди никогда не смогут приручит... |
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии | |
Использование электрохимии для разделения... |
Батареи на основе алюминия могут стать прорывом в развитии электромобилей | |
Хорошая батарея должна обладать двумя качества... |
Появилась теоретическая возможность отказа от лития в пользу натрия в батареях | |
Литий становится новым золотом: стремительное ... |