Углеродный 3D-каркас устранит нестабильность анодов литий-ионных батарей

Поставив перед собой цель ликвидировать недостатки современных анодов литий-ионных батарей, группа инженеров Корейского морского и океанского университета и Пусанского национального университета в статья для Chemical Engineering Journal сообщила о разработанном ими анодном материале с уникальными структурными характеристиками, позволяющими преодолеть многие из существующих барьеров на пути увеличения анодной эффективности.

В своей работе корейские учёные сконцентрировались на селениде марганца (MnSe), широкодоступном соединении переходного металла, известном своей высокой электропроводностью и используемом при разработке полупроводников и суперконденсаторов. Однако MnSe испытывает резкое (почти на 160%) изменение объёма во время зарядки-разрядки, что не только снижает производительность электрода, но и создаёт проблемы безопасности.

Исследователи разработали простой и недорогой способ компенсации этого изменения объёма: они равномерно внедрили наночастицы MnSe в трёхмерную пористую матрицу углеродных нанолистов (3DCNM). Этот углеродный каркас не только защитил закреплённые наночастицы MnSe от резкого объёмного расширения, но и наделил их многочисленными дополнительными преимуществами, такими как большое количество активных центров и увеличенная площадь контакта с электролитом.

Наилучший из синтезированных авторами вариантов такого материала, показавший в тестах самые высокие циклическую стабильность и скорость зарядки/разрядки, продолжал демонстрировать превосходные электрохимические свойства (включая кинетику транспорта литиевых ионов и электронов) при работе в составе прототипа аккумулятора с катодом из оксида лития/марганца.

Команда воодушевлена ​​потенциальными перспективами своего достижения: «Используя основу из проводящего наполнителя, мы разработали анод, который повышает производительность батареи, одновременно обеспечивая обратимое накопление энергии. Эта стратегия может быть применена для получения других селенидов переходных металлов с большой площадью поверхности и стабильной наноструктурой, с приложениями в системах хранения энергии, в электрокатализе и полупроводниках».