Materiaalwetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory hebben ontdekt dat bepaalde metaaloxiden de capaciteit verhogen en de fietsprestaties in lithium-ionbatterijen verbeteren.

Het team synthetiseerde en vergeleek de elektrochemische prestaties van drie grafeenmetaaloxide-nanocomposieten en ontdekte dat twee van hen de omkeerbare lithiumopslagcapaciteit aanzienlijk verbeterden.

Het onderzoek verschijnt op de omslag van de 21 maart-editie van de Journal of Materials Chemistry A .

Grafeen-metaaloxide (GGO) nanocomposieten zijn bekend geworden vanwege hun potentieel in energieopslag en -conversie, inclusief condensatoren, lithium-ion batterijen, katalyse (voor brandstofcellen, watersplitsing en luchtreiniging) en sensoren.

Voor toepassingen in lithium-ionbatterijen, nanodeeltjes metaaloxide (MO) en sterk geleidend grafeen worden als gunstig beschouwd voor het verkorten van lithiumdiffusieroutes en het verminderen van polarisatie in de elektrode, wat leidt tot betere prestaties.

In de experimenten, het team doopte geprefabriceerde grafeen-aerogelelektroden in metaalionoplossingen waar alle metaaloxide-nanodeeltjes lijken te zijn verankerd op het oppervlak van grafeen en volledig toegankelijk zijn voor de elektrolyt (d.w.z. open poriën).

"In essentie, onze aanpak helpt de prestaties op systeemniveau te optimaliseren door ervoor te zorgen dat de meeste metaaloxiden actief zijn, " zei LLNL materiaalwetenschapper Morris Wang en corresponderende auteur van het artikel.

De methode kan de meeste soorten MO's op dezelfde geprefabriceerde 3D-grafeenstructuur plaatsen, waardoor een directe vergelijking van de elektrochemische prestaties van een breed scala aan GGO's mogelijk is.

"We ontdekten dat de experimenten grote omkeerbare lithiumopslagcapaciteiten van grafeenplaten lieten zien, mogelijk gemaakt door de ongekende rol van metaaloxiden, " zei Wang. "Verrassend genoeg zagen we dat de omvang van de capaciteitsbijdragen van grafeen voornamelijk wordt bepaald door actieve materialen en het type MO gebonden aan het grafeenoppervlak."

specifiek, de lithiumopslagmechanismen van MO's en hun laadverhouding versus grafeen spelen een sleutelrol bij het bepalen van de capaciteitsbijdragen van grafeen.