Графіт на дієті в літій-іонних батареях
З гідрогелями з графену для нових високоефективних електродів
Як зробити електроди батарей та акумуляторів більш ефективними? У журналі Angewandte Chemie американські вчені представляють сольвовані конструкції з графену, які можуть служити міцним, високоефективним матеріалом для анода. Затиснутий у літієвій комірці елемент, сконструйований таким чином, мав значно кращу ємність, ніж звичайний графіт.
Наскільки потужні літій-іонні батареї, залежить, в першу чергу, від матеріалів, з яких виготовлені електроди. Мало того, що провідність повинна бути високою, пористість також надзвичайно важлива для забезпечення швидкої дифузії іонів літію під час циклів заряду/розряду. Зазвичай вуглець використовують у графітовій формі. Однак Xiangfeng Duan бачить недоліки для майбутніх потреб у графіті, оскільки він насправді має лише низьку теоретичну потужність і не має особливо хороших зарядних/розрядних властивостей
На відміну від них, графен, який складається лише з одного шару атомів вуглецю, має величезну поверхню і механічно дуже гнучкий. Однак важко упакувати графен у тривимірну електродну структуру без агрегації, тобто без втрати площі. У цьому контексті Дуан та його група в Університеті Каліфорнії створили гідратований графеновий гель, який можна перетворити на стабільні пористі тривимірні структури з чудовими електродними властивостями.
За допомогою хіміко-фізичного гідротермічного процесу вчені перетворили порошок оксиду графена в гідрогель, який є настільки стійким, що може вільно стояти у формі куба. На цьому кубі дослідники просто обмінялися молекулами води з іонними рідинами або органічними розчинниками. Отриманий таким чином сольватований графеновий каркас можна пресувати в електроди для літієвої комірки, наприклад. Оскільки вони зберегли свою пористість, ці електроди продемонстрували значно кращу дифузію літію, ніж твердий графіт, і це з чудовими електронними властивостями графена.
Порівняно з аерогелями, тобто сухими, пористими графеновими каркасами, новий сольватований каркас також працював краще. Але вчені також хотіли б наголосити на загальному аспекті своїх досліджень: такі тривимірні графенові структури пропонують великі переваги не тільки для акумуляторних технологій. Нові результати, як правило, дали можливість "фундаментальних висновків" щодо "майбутньої концепції та синтезу графенових матеріалів для зберігання енергії та передових технологій".