(Phys.org) — È già stato dimostrato che il grafene è utile nelle batterie agli ioni di litio, nonostante il fatto che il grafene utilizzato contenga spesso dei difetti. Fabbricazione su larga scala di grafene chimicamente puro, strutturalmente uniforme, e la regolazione delle dimensioni per le applicazioni della batteria è rimasta finora inafferrabile. Ora in un nuovo studio, gli scienziati hanno sviluppato un metodo per fabbricare grafene privo di difetti (df-G) senza alcuna traccia di danno strutturale. Avvolgere un grande foglio di df-G caricato negativamente attorno a un Co . caricato positivamente ₃ oh ₄ crea un anodo molto promettente per batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni.

I gruppi di ricerca del professor Junk-Ki Park e del professor Hee-Tak Kim del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e il gruppo di ricerca del professor Yong-Min Lee dell'Hanbat National University, tutti a Daejeon, Corea del Sud, hanno pubblicato il loro articolo sul nuovo metodo di fabbricazione in un recente numero di Nano lettere .

Come spiegano i ricercatori, gli attuali metodi per fabbricare grafene di alta qualità si dividono in due categorie:approcci meccanici e approcci chimici. Mentre la scissione meccanica fornisce grafene di alta qualità, la sua bassa resa lo rende insufficiente per la produzione su larga scala. Approcci chimici, d'altra parte, può produrre grandi quantità ma può comportare imperfezioni.

Il nuovo metodo differisce da entrambi questi tipi di metodi e prevede alcuni passaggi chiave. Per prima cosa i ricercatori hanno riempito un tubo Pyrex con polvere di grafite, e quindi collocato il tubo a estremità aperta all'interno di un tubo leggermente più grande. Quindi hanno aggiunto potassio allo spazio inferiore tra i due tubi, sigillato i tubi, e li ho scaldati. Il calore fa muovere il potassio fuso all'interno dei micropori tra le polveri di grafite, in modo che le molecole di potassio si intercalino negli intercalari di grafite. I risultanti composti di grafite di potassio sono stati quindi posti in una soluzione di piridina, che fa sì che gli strati si espandano l'uno dall'altro per formare nanofogli di grafene che potrebbero essere successivamente raffreddati ed esfoliati uno strato alla volta.

I ricercatori hanno eseguito molte serie di esperimenti in cui hanno variato fattori come le temperature e il tipo di soluzione, che sono fondamentali per controllare la qualità e le dimensioni del df-G. Hanno scoperto che, controllando la temperatura della fase di esfoliazione, la dimensione del df-G può essere variata tra 0,25 e 14,0 µm ² .

I ricercatori hanno dimostrato che avvolgere un foglio di grandi dimensioni con carica negativa di df-G attorno a un pezzo di Co . caricato positivamente ₃ oh ₄ crea un anodo con diverse caratteristiche impressionanti. La cosa più significativa è la sua elevata capacità dopo molti cicli (1050 mAh/ga ​​500 mA/ge 900 mAh/ga ​​1000 mAh/g anche dopo 200 cicli). Per quanto a conoscenza dei ricercatori, questa capacità reversibile è la più alta tra tutti i Co ₃ oh ₄ elettrodi mai segnalati.

I ricercatori spiegano che il df-G di grandi dimensioni, con la sua perfetta cristallinità, migliora le prestazioni dell'anodo perché quando un singolo foglio di grafene viene avvolto attorno a un fascio di Co ₃ oh ₄ particelle, il Co ₃ oh ₄ si impedisce alle particelle di polverizzarsi e quindi di staccarsi elettricamente dall'anodo, che altrimenti si verificherebbe. A causa di questo effetto protettivo, la capacità dell'anodo è preservata anche dopo 200 cicli, mentre gli anodi con uno strato di grafene imperfetto diminuiscono rapidamente con il ciclo. Le grandi dimensioni del grafene svolgono un ruolo chiave nelle prestazioni perché una dimensione maggiore fornisce una maggiore stabilità di ciclo dei materiali anodici di dimensioni nanometriche migliorando la loro integrità meccanica.

Con questi vantaggi, i ricercatori si aspettano che il df-G porti progressi significativi negli elettrodi compositi per una varietà di sistemi elettrochimici, comprese le batterie, celle a combustibile, e condensatori.

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