La nuova nanoarchitettura dei materiali consente lo sviluppo di batterie ad alta energia di nuova generazione oltre la chimica agli ioni di litio Credito:University of Technology Sydney
Il rapido sviluppo delle risorse energetiche rinnovabili ha innescato una domanda enorme su larga scala, sistemi di accumulo di energia stazionari efficienti in termini di costi e ad alta densità di energia.
Le batterie agli ioni di litio (LIB) hanno molti vantaggi ma sono disponibili elementi metallici molto più abbondanti come sodio, potassio, zinco e alluminio.
Questi elementi hanno una chimica simile al litio e sono stati recentemente ampiamente studiati, comprese le batterie agli ioni di sodio (SIB), batterie agli ioni di potassio (PIB), batterie agli ioni di zinco (ZIB), e batterie agli ioni di alluminio (AIB). Nonostante gli aspetti promettenti relativi al potenziale redox e alla densità energetica, lo sviluppo di questi oltre-LIB è stato ostacolato dalla mancanza di materiali elettrodici adeguati
Nuova ricerca guidata dal professor Guoxiu Wang della University of Technology di Sydney, e pubblicato in Comunicazioni sulla natura , descrive una strategia che utilizza l'ingegneria del ceppo di interfaccia in un nanomateriale di grafene 2-D per produrre un nuovo tipo di catodo. L'ingegneria della deformazione è il processo di messa a punto delle proprietà di un materiale alterando i suoi attributi meccanici o strutturali.
"Le batterie al di là degli ioni di litio sono candidati promettenti per l'alta densità di energia, applicazioni di stoccaggio dell'energia a basso costo e su larga scala. Però, la sfida principale risiede nello sviluppo di materiali per elettrodi idonei, " "Professore Wang, Direttore del Centro UTS per la tecnologia dell'energia pulita, disse.
"Questa ricerca dimostra un nuovo tipo di catodi a deformazione zero per l'intercalazione reversibile di ioni oltre Li+ (Na + , K + , Zn 2 +, Al 3 + ) attraverso l'ingegneria del ceppo di interfaccia di un'eterostruttura multistrato VOPO4-grafene 2-D.
Se applicati come catodi nelle batterie agli ioni K+, abbiamo raggiunto un'elevata capacità specifica di 160 mA h g -1 e una grande densità di energia di ~570 W h kg -1 , presentando la migliore performance riportata fino ad oggi. Inoltre, l'eterostruttura multistrato 2-D preparata può anche essere estesa come catodi per Na . ad alte prestazioni + , Zn 2 + , e Al 3 + -batterie agli ioni.
I ricercatori affermano che questo lavoro preannuncia una strategia promettente per utilizzare l'ingegneria della deformazione dei materiali 2D per applicazioni avanzate di accumulo di energia.
"La strategia dell'ingegneria della deformazione potrebbe essere estesa a molti altri nanomateriali per la progettazione razionale di materiali per elettrodi verso applicazioni di accumulo ad alta energia oltre alla chimica degli ioni di litio, "Ha detto il professor Wang.
