Nieuw materiaaltechnisch onderzoek onder leiding van Western zou zich kunnen vertalen in aanzienlijke real-world voordelen, zoals een groter bereik voor elektrische voertuigen en een langere levensduur van de batterij voor mobiele telefoons.

Onderzoekers van Western Engineering, De afdeling scheikunde van Western en het Soochow University-Western University Center for Synchrotron Radiation Research werkten samen met de Canadian Light Source (CLS) aan de Universiteit van Saskatchewan aan een paar onderzoeken om te bepalen of ze de kracht van fosforeen konden benutten en tegelijkertijd de twee belangrijkste afschrikmiddelen ervan konden verminderen -kosten en duurzaamheid - en ze hebben het gedaan.

De theoretische capaciteit van fosforeen - een tweedimensionaal materiaal, die uit een enkele laag zwarte fosfor bestaat, is bijna zeven keer zoveel als anodematerialen die momenteel in lithium-ionbatterijen worden gebruikt. Momenteel, in de handel verkrijgbare zwarte fosfor is duur, voor ongeveer $ 1, 000 per gram en het breekt ook snel af wanneer het wordt blootgesteld aan lucht.

In het eerste blad, het onderzoeksteam paste een nieuw proces toe om een ​​goedkope zwarte fosfor te produceren van goedkoop (ongeveer $ 0,10/gram), laagzuivere rode fosfor, waardoor de kosten met bijna 300 procent worden verlaagd. De resulterende zwarte fosfor had bijna dezelfde zuiverheid en elektronische eigenschappen als die gemaakt met behulp van traditionele methoden en zeer zuivere rode fosfor, wat ongeveer $ 40 / gram waard is.

Drastisch snijden in de productiekosten van zwarte fosfor betekent dat hun resultaten schaalbaar zijn, volgens hoofdonderzoeker Weihan Li van Western.

"De lage prijs maakt het mogelijk om de toekomstige grootschalige toepassing van zwarte fosfor en fosforeen in energie- en elektronicagerelateerde gebieden te realiseren, zoals nano-fotonica, nano-elektronica, opto-elektronica, secundaire batterijen, en elektrokatalysatoren, " zei Li, een postdoctoraal onderzoeker onder gezamenlijke supervisie van scheikundehoogleraar T.K. schijn, Canada Research Chair in Materials and Synchrotron Radiation en engineering professor Xueliang (Andy) Sun, Canada Research Chair in de ontwikkeling van nanomaterialen voor schone energie.

Met de tweede studie wilden de onderzoekers beter begrijpen, op nanoschaal en in realtime, waar afbraak (oxidatie) begint op fosforeen, en hoe het zich verspreidt. Hoewel eerder onderzoek heeft aangetoond dat degradatie inderdaad optreedt, deze studie was de eerste die het proces helder in detail in beeld bracht. Het team gebruikte een aantal verschillende synchrotron-technieken bij de CLS om deze beelden te verzamelen. De onderzoekers ontdekten dat fosforeen het eerst in de dunste gebieden begint af te breken, en dat de aangetaste regio's de afbraak van aangrenzende regio's versnellen.

Volgens Li, hun ontdekking maakt de weg vrij voor het ontwikkelen van strategieën om fosforeen te beschermen wanneer het wordt gebruikt in elektronica en andere apparaten.

"Het maakt het mogelijk om luchtstabiele op fosforeen gebaseerde elektronische apparaten en energiegerelateerde apparaten te maken, " zei Li.

Sun dankt de CLS voor het spelen van een cruciale rol in beide onderzoeken.

"Vergeleken met andere bronnen in de wereld, de gebruikersondersteuning van de CLS is fantastisch, " zei Sun. "Zonder de hulp van de CLS, we hadden niet verschillende synchrotron-technieken in de twee werken kunnen combineren. Bovendien, het uitvoeren van de in-situ studies zou niet mogelijk zijn geweest zonder de hulp van de beamline-wetenschappers."