Son zamanlarda, Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST), yeni nesil piller için anot malzemelerinin geliştirilmesine yardımcı olabilecek bir çalışmanın sonuçlarını sundu.
Rapora göre KAUST,Gelecek vaat eden bir alternatif elektrot malzemesinin yapısını değiştirmek için lazer darbelerienerji kapasitesini ve diğer temel özelliklerini iyileştirmek için "MXene" olarak adlandırıldı.
Çalışmada bilim adamları, grafitin düz karbon atomu katmanları içerdiğini ve pil şarjı sırasında lityum atomlarının "gömme" olarak bilinen bir işlemle bu katmanlar arasında depolandığını açıkladı. "MXene" malzemesinin yapısı ayrıca lityum tutabilen katmanlar içerir, ancak bu katmanlar, malzemeyi oldukça iletken hale getiren karbon veya nitrojen atomlarıyla birleştirilmiş titanyum veya molibden gibi geçiş metallerinden yapılır.
Bu katmanlar ayrıca yüzeylerinde oksijen veya flor gibi ek atomlara sahiptir. Molibden karbür bazlı "MXene" malzeme yapısı, özellikle iyi bir lityum depolama kapasitesine sahiptir, ancak performansı, tekrarlanan şarj/deşarj döngülerinden sonra da hızla bozulur.
Husam N. Alshareef ve Zahra Bayhan liderliğindeki KAUST ekibi, bu bozulmanın MXene yapısında molibden oksit oluşturan kimyasal değişikliklerden kaynaklandığını buldu.
Bu sorunu çözmek için, "MXene" malzemesinin yapısında küçük molibden karbür "nanodotları" oluşturmak için kızılötesi lazer darbeleri kullandılar, bu işlem "lazer çizme" olarak bilinir. Bu işleme "lazer çizme" denir. Yaklaşık 10 nanometre genişliğindeki bu nanodotlar, MXene yapısının katmanlarına karbon ile tutturulmuştur.
Bu, çeşitli avantajlar sunar: İlk olarak, nanodotlar lityum için ek depolama kapasitesi sağlar ve şarj etme ve boşaltma sürecini hızlandırır. Lazer işlemi ayrıca malzemenin oksijen içeriğini azaltarak sorunlu molibden oksitlerin oluşumunu önlemeye yardımcı olur. Son olarak, nanodotlar ve katmanlar arasındaki güçlü bağlantılar, "MXene" malzeme yapısının elektrik iletkenliğini geliştirir ve şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında onu stabilize eder.
Bayhan yaptığı basın açıklamasında, "Bu, pillerin performansını ayarlamak için uygun maliyetli ve hızlı bir yol sağlıyor" dedi.
Araştırmacılar, lazerle yazılmış malzemeyle bir anot yaptılar ve bunu 1,000'den fazla şarj-deşarj döngüsüyle bir lityum-iyon pilde test ettiler. Nanodotlarla, malzemenin elektrik depolama kapasitesi, orijinal MXene'den dört kat daha yüksekti ve neredeyse grafitin teorik maksimum kapasitesine ulaşıyordu. Lazerle yazılan malzeme, döngü testlerinde de kapasite kaybı göstermedi.
Bu sonuçların ışığında, lazer yazıtın diğer "MXenes" malzeme yapılarının performansını iyileştirmek için genel bir strateji olarak kullanılabileceğine inanıyorlar. Bu, örneğin, lityumdan daha ucuz ve daha bol bulunan bir metal kullanan yeni nesil şarj edilebilir pillerin geliştirilmesine yol açabilir. Ayrıca grafitten farklı olarak MXenes malzeme yapıları sodyum ve potasyum iyonları ile de gömülebilir.
