De snelle ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen heeft geleid tot een enorme vraag in grootschalige, kostenefficiënte stationaire energieopslagsystemen met een hoge energiedichtheid.

Lithium-ionbatterijen (LIB's) hebben veel voordelen, maar er zijn veel meer metalen elementen beschikbaar zoals natrium, potassium, zink en aluminium.

Deze elementen hebben een vergelijkbare chemische samenstelling als lithium en zijn onlangs uitgebreid onderzocht, inclusief natrium-ionbatterijen (SIB's), kalium-ionbatterijen (PIB's), zink-ionbatterijen (ZIB's), en aluminium-ionbatterijen (AIB's). Ondanks veelbelovende aspecten met betrekking tot redoxpotentiaal en energiedichtheid is de ontwikkeling van deze buiten-LIB's belemmerd door het ontbreken van geschikte elektrodematerialen

Nieuw onderzoek onder leiding van professor Guoxiu Wang van de University of Technology Sydney, en gepubliceerd in Natuurcommunicatie , beschrijft een strategie met behulp van interface strain engineering in een 2D grafeen nanomateriaal om een ​​nieuw type kathode te produceren. Strain engineering is het proces van het afstemmen van de eigenschappen van een materiaal door de mechanische of structurele eigenschappen ervan te veranderen.

"Beyond-lithium-ion-batterijen zijn veelbelovende kandidaten voor hoge energiedichtheid, goedkope en grootschalige toepassingen voor energieopslag. Echter, de grootste uitdaging ligt in de ontwikkeling van geschikte elektrodematerialen, " " Professor Wang, Directeur van het UTS Center for Clean Energy Technology, zei.

"Dit onderzoek demonstreert een nieuw type nulspanningskathodes voor omkeerbare intercalatie van meer dan Li+ ionen (Na ⁺ , K ⁺ , Zn ₂ +, Al ₃ ⁺ ) door middel van interface-stamtechniek van een 2-D meerlagige VOPO4-grafeen-heterostructuur.

Wanneer toegepast als kathodes in K+-ionbatterijen, we bereikten een hoge specifieke capaciteit van 160 mA h g ^-1 en een grote energiedichtheid van ~570 W h kg ^-1 , met de beste gerapporteerde prestaties tot nu toe. Bovendien, de as-prepareerde 2-D meerlagige heterostructuur kan ook worden uitgebreid als kathodes voor high-performance Na ⁺ , Zn ₂ ⁺ , en Ali ₃ ⁺ -ion ​​batterijen.

De onderzoekers zeggen dat dit werk een veelbelovende strategie inluidt om spanningsengineering van 2D-materialen te gebruiken voor geavanceerde toepassingen voor energieopslag.

"De strategie van spanningstechniek zou kunnen worden uitgebreid tot vele andere nanomaterialen voor rationeel ontwerp van elektrodematerialen voor toepassingen met hoge energieopslag die verder gaan dan lithium-ionchemie, ' zei professor Wang.