Исследователи из Лондонского университета королевы Марии, Кембриджского университета и Института им. Макса Планка обнаружили, как можно использовать соль для резкого повышения производительности батарей.
Они обнаружили, что добавление соли внутрь надмолекулярной губки, а затем ее выпекание при высокой температуре превращает губку в структуру на основе углерода.
Соль реагировала с губкой особыми способами и превращала ее из однородной массы в сложную структуру с волокнами и сетками. Выращивание такого вида структуры углерода в лаборатории является весьма трудоёмким процессом, но имеет решающее значение для обеспечения беспрепятственного переноса ионов на активные объекты в батарее.
Из-за их сложной архитектуры исследователи считают, что эти наноструктуры могут использоваться для хранения и преобразования энергии, например, в качестве катализаторов для производства водорода.
В исследовании, опубликованном в JACS (Journal of the American Chemical Society) , исследователи демонстрируют, что использование этих материалов в литий-ионных батареях не только позволяет быстро заряжать батареи, но и выдавать одну из самых высоких мощностей.
Ведущий автор и руководитель проекта д-р Стоян Смуков( Dr Stoyan Smoukov ) из Школы инженерии и материаловедения королевы Марии сказал: «Эта метаморфоза происходит только тогда, когда мы нагреваем соединения до 800 градусов по Цельсию. Открытие было столь же неожиданным, как вылупляющиеся драконы, а не запеченные яйца в игре Престолов. Очень приятно, что после мы также обнаружили, возможность управлять преобразованиями ».
Углерод, включая графеновые и углеродные нанотрубки, представляет собой семейство самых универсальных материалов в природе, используемых в катализе и электронике из-за его проводимости, а так же химической и термической стабильности.
Трехмерные углеродные наноструктуры не только могут сохранять полезные физические свойства, например хорошую электронную проводимость, но также могут иметь уникальные свойства. Эти трехмерные углеродсодержащие материалы могут обладать повышенной смачиваемостью (для облегчения ионной инфильтрации), высокой прочностью на единицу массы и множеством других свойств.
Однако очень сложно создавать многоуровневые структуры на основе углерода, особенно при помощи простых химических путей, но углеродные структуры были бы полезны, если бы такие материалы были сделаны в больших количествах для промышленности.
Супермолекулярная губка, используемая в исследовании, также известна как материал металлической органической структуры (MOF). Эти MOF являются привлекательными, молекулярно спроектированными пористыми материалами со многими перспективными возможностями, такими как хранение и разделение газа. Сохранение высокой площади поверхности после карбонизации - или выпекание при высокой температуре - делает их интересными как электродные материалы для батарей. Однако до сих пор карбонизирующие МОФ сохранили структуру исходных частиц, подобных структуре плотной углеродной пены. Добавляя соли к этим губкам MOF и карбонизируя их, исследователи обнаружили ряд материалов на основе углерода с несколькими уровнями иерархии.
Д-р R. Vasant Kumar, сотрудник по исследованиям из Кембриджского университета, прокомментировал: «Эта работа подталкивает использование MOF на новом уровне. Стратегия структурирования углеродных материалов может быть важна не только для хранения энергии, но и для её преобразования ».
Ведущий автор, Tiesheng Wang из Кембриджского университета, сказал: «Потенциально, мы могли бы разработать нано-диатомовые волокна с желаемыми структурами, включенными в углерод»
Читай так же по ссылке: