Nieuw koolstofgebaseerd batterijmateriaal verbetert veiligheid, levensduur en vermogen

Tohoku University, Sendai, Japan

Structuur van gelaagd MG4C60. a. XRD-patronen van pristine C60 en MG4C60 poeders met gesimuleerd resultaat voor MG4C60. b. SEM-afbeelding van MG4C60 poeder met schaalbalk van 5 µm. c. IFFT TEM-afbeelding (schaalbalk van 1 nm) van MG4C60 met structurele illustratie inset in bruin. d. C K-rand XAS-spectra van pristine C60 en MG4C60. Structuurillustratie van gelaagd MG4C60 waargenomen vanuit e. b-as en f. a-as. (Afbeelding: ©Shijian Wang et al.)

Dit onderzoek demonstreert een nieuwe manier om koolstofgebaseerde batterijmaterialen veel veiliger, langer levend en krachtiger te maken door fundamenteel te herontwerpen hoe fullereen-moleculen verbonden zijn. Hedendaagse lithium-ionbatterijen vertrouwen voornamelijk op grafit, wat de snellaadsnelheid beperkt en veiligheidsrisico's oplevert door lithium-plating. Deze onderzoeksresultaten betekenen vooruitgang naar veiliger elektrische voertuigen, langer levende consumentenelektronica en betrouwbaardere hernieuwbare-energieslag.

Fullereen is een uniek molecuul dat zich goed leent voor veel potentiële toepassingen, maar slechte stabiliteit is een probleem geweest dat het gebruik in batterijen belemmerde. Een team onderzoekers aan Tohoku University heeft een covalente gebrugde fullereen-framework (Mg₄C₆₀) gecreëerd die toont dat koolstof lithium op een volledig andere en veel stabielere manier kan opslaan, structurele instorting vermijdt en verlies van actief materiaal voorkomt dat fullereen-anoden lang heeft gehinderd. Deze doorbraak biedt een blauwdruk voor het ontwerpen van batterijmaterialen van de volgende generatie die sneller laden, hogere energiedichtheid en langere levensduur ondersteunen.

"Onze volgende stappen zijn om deze covalente-brugstrategie uit te breiden naar een breder scala aan fullereen- en koolstof-frameworks, met als doel een familie van stabiele, hoge-capaciteit anode-materialen te creëren geschikt voor snellaadende batterijen", zei Distinguished Professor Hao Li van het Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR).

Aanvullende volgende stappen zullen betrekkingen op samenwerken met industriële partners om de schaalbaarheid van deze materialen te evalueren en ze te integreren in praktische celformaten. Begrijpen hoe praktische toepasbaarheid te bereiken is een cruciale stap, die hopelijk leidt naar een toekomst van efficiënte, schone-energietechnologieën.

Voor meer informatie, neem contact op met Hao Li via dit e-mailadres (beschermd tegen spambots, JavaScript vereist).