Gli scienziati hanno sviluppato nanocavi coassiali:nanotubi di carbonio rivestiti con biossido di titanio. Credito immagine:Cao, et al. (c) Chimica dei materiali.
(PhysOrg.com) -- Di per sé, biossido di titanio (TiO 2 ) è un elettrodo molto scadente. Gli elettroni si muovono molto lentamente attraverso il materiale - così lentamente, infatti, che possono volerci anni per riempire un pezzo di TiO . dello spessore di un millimetro 2 . Però, le cose cambiano quando il TiO 2 è estremamente sottile:un pezzo di TiO spesso 10 nm 2 può essere riempito di elettroni in millisecondi. Ispirato da questa capacità, gli scienziati hanno recentemente studiato se TiO 2 potrebbe essere utile per fabbricare batterie ad alta capacità.
Un team di scienziati, Fei Fei Cao, et al., da istituzioni in Cina e Germania, hanno scoperto che applicando un sottile strato di TiO 2 all'esterno dei nanotubi di carbonio (CNT) possono creare nanocavi coassiali. I nanocavi possono quindi essere formati in un solido cristallino che risulta essere molto bravo a intrappolare gli ioni di litio e trasportare rapidamente gli elettroni - molto meglio di entrambi TiO 2 o CNT da soli.
"Da una parte, il nucleo CNT fornisce elettroni sufficienti per lo stoccaggio del litio nel TiO 2 guaina, ” hanno scritto i ricercatori in uno studio pubblicato su Chimica dei materiali . "D'altra parte, il CNT stesso può anche immagazzinare litio per cui questa cinetica di stoccaggio è, a sua volta, migliorata dalla presenza del TiO . nanoporoso 2 … [che] consente un rapido accesso agli ioni di litio dall'elettrolita liquido.
Questi vantaggi simbiotici potrebbero portare direttamente a miglioramenti nelle batterie agli ioni di litio che utilizzano anodi basati su nanocavi. I ricercatori hanno scoperto che i nuovi anodi offrono miglioramenti nella capacità di stoccaggio, tasso di rilascio, e prestazioni ciclistiche rispetto al CNT puro o al TiO . puro 2 . I nanocavi avevano anche una buona affidabilità, mostrando quasi nessuna perdita di capacità dopo cento cicli.
Cavi di nanotubi rivestiti in titanio mostrati al microscopio elettronico a trasmissione. Credito immagine:Cao, et al. (c) Chimica dei materiali.
Queste capacità sono anche competitive con gli anodi a base di grafite, che sono comunemente usati nelle odierne batterie agli ioni di litio. Più, i nanocavi sono facili da produrre e realizzati con materiali economici, che potrebbe renderli attraenti per l'uso commerciale.
“Questo affascinante comportamento simbiotico e il fatto che la morfologia del cavo porti a un uso efficiente di questa simbiosi fa sì che questa soluzione soddisfi molto bene i requisiti delle batterie agli ioni di litio, ” hanno scritto i ricercatori.
Gli scienziati sperano che questa dimostrazione dei vantaggi sinergici dei materiali ibridi possa motivare ulteriori ricerche sull'utilizzo di materiali ibridi per altri dispositivi di accumulo di energia, come i supercondensatori.
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