Recentment, la Universitat de Ciència i Tecnologia King Abdullah (KAUST) va presentar els resultats d'un estudi que pot ajudar a millorar els materials d'ànode per a les bateries de nova generació.
Segons l'informe, KAUST va demostrar l'ús depolsos làser per modificar l'estructura d'un material d'elèctrode alternatiu prometedoranomenat "MXene" per millorar la seva capacitat energètica i altres propietats clau.
En l'estudi, els científics van explicar que el grafit conté capes planes d'àtoms de carboni i, durant la càrrega de la bateria, els àtoms de liti s'emmagatzemen entre aquestes capes en un procés conegut com a "incrustació". L'estructura del material "MXene" també conté capes que poden contenir liti, però aquestes capes estan fetes de metalls de transició com el titani o el molibdè combinats amb àtoms de carboni o nitrogen, la qual cosa fa que el material sigui molt conductor.
Aquestes capes també tenen àtoms addicionals, com l'oxigen o el fluor, a les seves superfícies. L'estructura del material "MXene" basada en carbur de molibdè té una capacitat d'emmagatzematge de liti especialment bona, però el seu rendiment també es deteriora ràpidament després de cicles de càrrega/descàrrega repetits.
L'equip de KAUST, dirigit per Husam N. Alshareef i Zahra Bayhan, va trobar que aquesta degradació és causada per canvis químics en l'estructura MXene que formen òxid de molibdè.
Per resoldre aquest problema, van utilitzar polsos làser infrarojos per crear petits "nanodots" de carbur de molibdè a l'estructura del material "MXene", un procés conegut com a "grafit làser. El procés s'anomena "grafiat làser". Aquests nanopunts, que tenen uns 10 nanòmetres d'amplada, estan units a les capes de l'estructura MXene mitjançant carboni.
Això ofereix diversos avantatges: primer, els nanodots proporcionen capacitat d'emmagatzematge addicional per al liti i acceleren el procés de càrrega i descàrrega. El tractament làser també redueix el contingut d'oxigen del material, ajudant a prevenir la formació d'òxids de molibdè problemàtics. Finalment, les fortes connexions entre els nanodots i les capes milloren la conductivitat elèctrica de l'estructura del material "MXene" i l'estabilitzen durant el procés de càrrega i descàrrega.
En un comunicat de premsa, Bayhan va dir: "Això proporciona una manera rendible i ràpida d'ajustar el rendiment de les bateries".
Els investigadors van fer un ànode amb el material gravat amb làser i el van provar en una bateria d'ions de liti amb més d'1,000 cicles de càrrega-descàrrega. Amb els nanodots, la capacitat d'emmagatzematge elèctric del material era quatre vegades més gran que el MXene original, gairebé assolint la capacitat màxima teòrica del grafit. El material gravat amb làser tampoc no va mostrar pèrdua de capacitat a les proves de ciclisme.
A la llum d'aquests resultats, creuen que la inscripció làser es podria utilitzar com a estratègia general per millorar el rendiment d'altres estructures de materials "MXenes". Això podria, per exemple, conduir al desenvolupament d'una nova generació de bateries recarregables utilitzant un metall més barat i abundant que el liti. A més, a diferència del grafit, les estructures de materials MXenes també es poden incrustar amb ions de sodi i potassi.
