Recentemente, la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) ha presentato i risultati di uno studio che potrebbe aiutare a migliorare i materiali anodici per le batterie di prossima generazione.
Secondo il rapporto, KAUST ha dimostrato l'uso diimpulsi laser per modificare la struttura di un promettente materiale per elettrodi alternativochiamato "MXene" per migliorare la sua capacità energetica e altre proprietà chiave.
Nello studio, gli scienziati hanno spiegato che la grafite contiene strati piatti di atomi di carbonio e, durante la ricarica della batteria, gli atomi di litio vengono immagazzinati tra questi strati in un processo noto come "incorporamento". La struttura del materiale "MXene" contiene anche strati che possono contenere litio, ma questi strati sono fatti di metalli di transizione come titanio o molibdeno combinati con atomi di carbonio o azoto, il che rende il materiale altamente conduttivo.
Questi strati hanno anche atomi aggiuntivi, come ossigeno o fluoro, sulla loro superficie. La struttura del materiale "MXene" a base di carburo di molibdeno ha una capacità di accumulo del litio particolarmente buona, ma le sue prestazioni si deteriorano rapidamente anche dopo ripetuti cicli di carica/scarica.
Il team KAUST, guidato da Husam N. Alshareef e Zahra Bayhan, ha scoperto che questa degradazione è causata da cambiamenti chimici nella struttura MXene che forma l'ossido di molibdeno.
Per risolvere questo problema, hanno utilizzato impulsi laser a infrarossi per creare piccoli "nanodot" di carburo di molibdeno nella struttura del materiale "MXene", un processo noto come "incisione laser". Il processo è chiamato "incisione laser". Questi nanopunti, larghi circa 10 nanometri, sono attaccati agli strati della struttura MXene mediante carbonio.
Ciò offre diversi vantaggi: in primo luogo, i nanopunti forniscono ulteriore capacità di stoccaggio per il litio e accelerano il processo di carica e scarica. Il trattamento laser riduce anche il contenuto di ossigeno del materiale, contribuendo a prevenire la formazione dei problematici ossidi di molibdeno. Infine, le forti connessioni tra i nanopunti e gli strati migliorano la conducibilità elettrica della struttura del materiale "MXene" e la stabilizzano durante il processo di carica e scarica.
In una dichiarazione alla stampa, Bayhan ha affermato: "Questo fornisce un modo economico e veloce per ottimizzare le prestazioni delle batterie".
I ricercatori hanno realizzato un anodo con il materiale inciso al laser e lo hanno testato in una batteria agli ioni di litio con più di 1,000 cicli di carica-scarica. Con i nanopunti, la capacità di immagazzinamento elettrico del materiale era quattro volte superiore a quella del MXene originale, raggiungendo quasi la capacità massima teorica della grafite. Anche il materiale inciso al laser non ha mostrato alcuna perdita di capacità nei test di ciclismo.
Alla luce di questi risultati, ritengono che l'iscrizione laser potrebbe essere utilizzata come strategia generale per migliorare le prestazioni di altre strutture di materiali "MXeni". Ciò potrebbe, ad esempio, portare allo sviluppo di una nuova generazione di batterie ricaricabili utilizzando un metallo più economico e più abbondante del litio. Inoltre, a differenza della grafite, le strutture dei materiali MXeni possono anche essere incorporate con ioni sodio e potassio.
