“پیچیدن” آندها در نانوصفحات کربنی سه بعدی: Th

باتری‌های لیتیوم یون (LIBs)، که منبع انرژی تجدیدپذیر برای وسایل الکتریکی یا وسایل نقلیه الکتریکی هستند، به عنوان یک راه‌حل انرژی نسل بعدی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. با این حال، آندهای LIB که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای نارسایی‌های متعددی هستند، از رسانایی الکترونیکی یونی کم و تغییرات ساختاری در طول چرخه شارژ/دشارژ گرفته تا ظرفیت خاص پایین، که عملکرد باتری را محدود می‌کند.

در جستجوی یک ماده آند بهتر، دکتر جون کانگ از دانشگاه دریایی و اقیانوس کره به همراه همکارانش در دانشگاه ملی پوسان، جمهوری کره، یک آند طراحی کرده است که به لطف ویژگی های ساختاری منحصر به فرد خود، بر بسیاری از موانع موجود بر سر کارایی آند غلبه می کند. دکتر کانگ توضیح می‌دهد: «ما روی سلنید منگنز (MnSe)، یک ترکیب فلز واسطه مقرون‌به‌صرفه، که به‌خاطر رسانایی الکتریکی بالا و کاربرد آن در توسعه نیمه‌رساناها و ابرخازن‌ها شناخته می‌شود، به عنوان یک نامزد احتمالی برای آند پیشرفته LIB، تمرکز کردیم.» با این حال، MnSe در طول چرخه های شارژ-دشارژ دچار تغییر حجم شدید (تقریباً 160%) می شود که نه تنها عملکرد الکترود را کاهش می دهد بلکه نگرانی های ایمنی را نیز افزایش می دهد.

در تلاشی برای جلوگیری از این تغییر حجم، محققان فوق یک فرآیند ساده و ارزان را توسعه دادند: آنها نانوذرات MnSe را به طور یکنواخت در یک ماتریس نانوصفحه کربن متخلخل سه بعدی (یا 3DCNM) تزریق کردند. در ماده آند تازه توسعه یافته (که آنها آن را “MnSe?3DCNM” نامیدند)، داربست نانوصفحه کربنی به نانوذرات MnSe لنگر انداخته مزایای متعددی مانند تعداد زیادی مراکز فعال و منطقه تماس بهبود یافته با الکترولیت داد و از آنها جلوگیری کرد. افزایش شدید حجم

محققان توانسته اند انواع MnSe را سنتز کنند؟ مواد 3DCNM. در میان آنها MnSe پیدا کردند؟ 3DCNM-1.92 برای نشان دادن بهترین ثبات چرخه و قابلیت های سرعت. هنگامی که با اکسید لیتیوم منگنز (III,IV) (LiMn) ترکیب شود₂O₄، یک ماده کاتدی رایج) در یک سلول کامل، تیم مشاهده کردند که MnSe؟ 3DCNM-1.92 به طور قابل توجهی به نشان دادن خواص الکتروشیمیایی برتر، از جمله سینتیک برتر یون لیتیوم و الکترون ادامه داد!

تیم در مورد پیامدهای بالقوه دستاورد خود هیجان زده است. همانطور که دکتر کانگ توضیح می دهد، “با استفاده از یک داربست پرکننده مطلوب، ما آندی را توسعه دادیم که عملکرد باتری را افزایش می دهد و در عین حال ذخیره انرژی برگشت پذیر را ممکن می کند. این استراتژی ممکن است به عنوان یک راهنما برای دیگر سلنیدهای فلزات واسطه با سطح وسیع و نانوساختارهای پایدار، با کاربرد در سیستم‌های ذخیره‌سازی، الکتروکاتالیزور و نیمه‌رساناها باشد.

همراه با این پیشرفت جدید در زمینه LIB، امکان تحقق آینده ای سبزتر روشن تر می شود!

###

نویسندگان: لیتائو یو (1)، لیگو ژانگ (1)، جون کانگ (3)، کوانگ هو کیم (1،2)

عنوان مقاله: سنتز آسان سلنید منگنز لنگر در یک ماتریس نانوصفحه کربنی سه بعدی با خواص ذخیره سازی لیتیوم افزایش یافته

مجله: مجله مهندسی شیمی

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130243

(1) دانشکده علوم و مهندسی مواد، دانشگاه ملی پوسان، جمهوری کره

(2) مرکز تحقیقات و توسعه مرز جهانی برای مواد رابط ترکیبی، دانشگاه ملی پوسان، جمهوری کره

(3) گروه مهندسی دریایی، دانشگاه دریایی و اقیانوس کره، جمهوری کره

برای دانشگاه ملی دریایی و اقیانوسی کره

معتبرترین دانشگاه کره جنوبی برای تحقیقات دریایی، علوم حمل و نقل و مهندسی، دانشگاه ملی دریایی و اقیانوس کره در جزیره ای در بوسان واقع شده است. این دانشگاه در سال 1945 تاسیس شد و از آن زمان با دانشگاه های دیگر ادغام شد تا در حال حاضر تنها موسسه فوق متوسطه متخصص در علوم و مهندسی دریا باشد. چهار کالج وجود دارد که هم دوره های کارشناسی و هم دوره های کارشناسی ارشد را ارائه می دهند.

سایت اینترنتی: http://www.kmou.ac.kr/english/main.do

دکتر جون کانگ در حال حاضر دانشیار گروه مهندسی دریایی، گروه دانشگاه دریایی و اقیانوس کره، جمهوری کره است. او دکترای خود را در سال 2013 از دانشگاه ناگویا دریافت کرد. متعاقباً به عنوان محقق ارشد و رهبر گروه برای توسعه نانومواد مختلف به مرکز تحقیق و توسعه نوآوری SK پیوست. گروه تحقیقاتی او بر توسعه نانومواد برای فناوری‌های باتری مانند باتری‌های لیتیوم-یون، سدیم-یون، فلز-هوا و باتری‌های آب دریا متمرکز است. او به عنوان نویسنده اصلی، بیش از 25 مقاله با داوری همتا در مجلات SCI در زمینه نانومواد منتشر کرده است.