Nýlega kynnti King Abdullah vísinda- og tækniháskólinn (KAUST) niðurstöður rannsóknar sem gæti hjálpað til við að bæta rafskautaefni fyrir næstu kynslóð rafhlöður.
Samkvæmt skýrslunni sýndi KAUST fram á notkun áleysir púlsar til að breyta uppbyggingu efnislegs annars rafskautsefniskallað "MXene" til að bæta orkugetu þess og aðra lykileiginleika.
Í rannsókninni útskýrðu vísindamennirnir að grafít inniheldur flöt lög af kolefnisatómum og við hleðslu rafhlöðunnar eru litíumatóm geymd á milli þessara laga í ferli sem kallast "innfelling". Uppbygging "MXene" efnisins inniheldur einnig lög sem geta haldið litíum, en þessi lög eru gerð úr umbreytingarmálmum eins og títan eða mólýbdeni ásamt kolefnis- eða köfnunarefnisatómum sem gerir efnið mjög leiðandi.
Þessi lög hafa einnig fleiri atóm, eins og súrefni eða flúor, á yfirborði þeirra. Mólýbdenkarbíð-undirstaða „MXene“ efnisbyggingin hefur sérstaklega góða litíum geymslugetu, en árangur þess versnar einnig hratt eftir endurtekna hleðslu/losunarlotur.
KAUST teymið, undir forystu Husam N. Alshareef og Zahra Bayhan, komst að því að þetta niðurbrot stafar af efnafræðilegum breytingum á MXene uppbyggingu sem mynda mólýbdenoxíð.
Til að leysa þetta vandamál notuðu þeir innrauða leysirpúlsa til að búa til litla "nanodots" af mólýbdenkarbíði í uppbyggingu "MXene" efnisins, ferli sem kallast "laser scribing. Ferlið er kallað "laser scribing. Þessir nanópunktar, sem eru um 10 nanómetrar á breidd, eru festir við lögin í MXene uppbyggingunni með kolefni.
Þetta býður upp á nokkra kosti: Í fyrsta lagi veita nanópunktarnir viðbótargeymslurými fyrir litíum og flýta fyrir hleðslu- og losunarferlinu. Lasermeðferðin dregur einnig úr súrefnisinnihaldi efnisins og hjálpar til við að koma í veg fyrir myndun erfiðra mólýbdenoxíða. Að lokum bæta sterkar tengingar milli nanodotanna og laganna rafleiðni "MXene" efnisbyggingarinnar og koma á stöðugleika meðan á hleðslu og losun stendur.
Í fréttatilkynningu sagði Bayhan: "Þetta veitir hagkvæma og fljótlega leið til að stilla afköst rafhlöðunnar."
Rannsakendur bjuggu til rafskaut með leysiráletruðu efninu og prófuðu það í litíumjónarafhlöðu með meira en 1,000 hleðslu-úthleðslulotu. Með nanodotunum var rafgeymslugeta efnisins fjórum sinnum meiri en upprunalega MXene, næstum því að ná fræðilegri hámarksgetu grafíts. Efnið sem var skrifað með leysir sýndi heldur ekkert tap á getu í hjólaprófunum.
Í ljósi þessara niðurstaðna telja þeir að hægt sé að nota leysir áletrun sem almenna stefnu til að bæta frammistöðu annarra „MXenes“ efnisbygginga. Þetta gæti til dæmis leitt til þróunar á nýrri kynslóð af endurhlaðanlegum rafhlöðum sem nota ódýrari og ríkari málm en litíum. Að auki, ólíkt grafíti, geta MXenes efnisbyggingar einnig verið felldar inn með natríum- og kalíumjónum.
