Графит на диета в литиево-йонни батерии
С хидрогелове от графен за нови високоефективни електроди
Как могат електродите на батериите и акумулаторите да станат по-ефективни? В списанието Angewandte Chemie американски учени представят солватирани конструкции, направени от графен, които могат да служат като здрав, високоефективен материал за анода. Затегнат в клетка от литиев бутон, конструиран по този начин електрод показва значително по-добър капацитет от конвенционалния графит.
Колко ефективни са литиево-йонните батерии, зависи преди всичко от материалите, от които са направени електродите. Проводимостта не само трябва да бъде висока, но и порьозността е изключително важна, за да се осигури бърза дифузия на литиевите йони по време на циклите на зареждане/разреждане. Обикновено въглеродът се използва в графитна форма. Xiangfeng Duan обаче вижда недостатъци за бъдещите изисквания към графита, тъй като той всъщност има само нисък теоретичен капацитет и няма особено добри свойства за зареждане/разреждане
За разлика от тях, графенът, който се състои само от един слой въглеродни атоми, предлага огромна повърхност и е механично силно гъвкав. Трудно е обаче опаковането на графен в триизмерна електродна структура без агрегиране, тоест без загуба на площ. В този контекст Дуан и неговата група в Калифорнийския университет са произвели хидратиран графенов гел, който може да се превърне в стабилни, порести 3D структури с отлични електродни свойства.
Използвайки химико-физичен хидротермален процес, учените превърнаха графеновия оксид на прах в хидрогел, който е толкова стабилен, че може да стои свободно под формата на куб. На този куб изследователите просто обменят водните молекули с йонни течности или органични разтворители. Така получената солватирана графенова рамка може да бъде натисната в електроди за клетката с литиев бутон, например. Тъй като запазиха порьозността си, тези електроди показаха значително по-добра литиева дифузия от твърдия графит и това с отличните електронни свойства на графена.
В сравнение с аерогелите, т.е. сухи, порести графенови рамки, новата солватирана рамка също се представя по-добре. Но учените биха искали също да подчертаят общия аспект на своите изследвания: такива триизмерни графенови структури предлагат големи предимства не само за технологията на батериите. Новите резултати като цяло дадоха възможност за „фундаментални познания“ за „бъдещата концепция и синтез на графенови материали за съхранение на енергия и модерни технологии“.