Oplaadbare lithium-ionbatterijen (LIB's) worden beschouwd als de beste hoop voor batterijtechnologie van de volgende generatie, dankzij hun lange levenscyclus, hoge specifiek vermogen en energiedichtheid. Echter, ze hebben niet voldaan aan de steeds toenemende eisen van opkomende technologieën zoals elektrische voertuigen. Li-Se-batterijtechnologie wordt steeds meer beschouwd als een echt alternatief voor LIB's vanwege de hoge theoretische volumecapaciteit en veel hogere geleidbaarheid.

In de eerste studie in zijn soort, gepubliceerd door de Natuurcommunicatie logboek, ingenieurs van Surrey's Advanced Technology Institute (ATI), in samenwerking met het team van University Technology of Sydney beschrijven ze hoe ze een katalysator met één atoom gebruikten om zeer effectieve kathodes voor Li-Se-batterijen te creëren. Ze tonen aan dat hun batterijen een superieur vermogen hebben en uitstekende fietsprestaties op de lange termijn.

Het Surrey-team controleerde op delicate wijze zeolitische imidazolaatraamwerk (ZIF) -deeltjes die op het oppervlak van polystyreenbolletjes waren geplaatst. De kernschaal van de ZIF werd vervolgens omgezet in een hol gestructureerd koolstofmateriaal.

Door verdere finetuning, het team van de ATI heeft met succes een atomaire kobaltelektrokatalysator geproduceerd, met stikstof gedoteerde holle poreuze koolstof, met stikstof gedoteerde holle poreuze koolstof- en kobaltnanodeeltjes. Door selenium in te bedden in holle gestructureerde koolstofdeeltjes, koolstof/selenium composieten werden geproduceerd.

De atomaire kobaltelektrokatalysatoren werden gebruikt als kathodematerialen voor Li-Se-batterijen en vertoonden duidelijk superieure elektrochemische prestaties, waaronder een superieur snelheidsvermogen (311 mA h g ⁻¹ bij 50 C) en uitstekende fietsstabiliteit (267 mA h g ⁻¹ na 5000 cycli met een capaciteitsverval van 0,0067% per cyclus bij een stroomdichtheid van 50 C) met een Coulomb-efficiëntie van ~100%.

Dr. Jian Liu, een van de hoofdauteurs en universitair hoofddocent energiematerialen aan de ATI, zei:

"We zijn er echt van overtuigd dat ons gesynthetiseerd materiaal met atomaire kobalt de weg kan effenen voor lithium-seleniumbatterijen om de beste batterijtechnologie te worden voor toekomstige generaties. Hoewel onze resultaten ongelooflijk bemoedigend zijn, er is nog een lange weg te gaan om onze droom van hoge capaciteit waar te maken, duurzame batterijtechnologie een realiteit."

Professor Ravi Silva, directeur van de ATI aan de Universiteit van Surrey, zei:

"We zijn ongelooflijk trots op het zeer creatieve en uitstekende werk dat het team van Dr. Liu heeft geproduceerd - een stuk onderzoek dat een beslissend moment kan zijn voor de ontwikkeling van duurzame batterijtechnologie."