Lazer Darbeleri Yeni Nesil Yüksek Kapasiteli Pillerin Geliştirilmesine Yardımcı Olabilir

Son zamanlarda Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST), yeni nesil piller için anot malzemesinin geliştirilmesine yardımcı olabilecek bir araştırma sonucu sundu.
KAUST'ın, enerji kapasitesini ve diğer temel özelliklerini geliştirmek amacıyla "MXene" adı verilen potansiyel bir alternatif elektrot malzemesinin yapısını değiştirmek için lazer darbelerinin kullanımını gösterdiği bildirildi.
Araştırmada bilim insanları, 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 aynı zamanda lityum tutabilen katmanlar da içeriyor ancak bu katmanlar, malzemeyi oldukça iletken kılan, karbon veya nitrojen atomlarıyla birleştirilmiş titanyum veya molibden gibi geçiş metallerinden oluşuyor.
Bu katmanların yüzeylerinde oksijen veya flor gibi ek atomlar da bulunur. Molibden karbür bazlı "MXene" malzeme yapısı özellikle iyi bir lityum depolama kapasitesine sahiptir, ancak performansı aynı zamanda tekrarlanan şarj/deşarj döngülerinden sonra hızla kötüleşir.
Husam N. Alshareef ve Zahra Bayhan liderliğindeki KAUST ekibi, bu bozulmanın MXene yapısındaki 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 biliniyordu. Bu işleme "lazer çizme" adı veriliyor. Yaklaşık 10 nanometre genişliğindeki bu nanodotlar, MXene yapısının katmanlarına karbon aracılığıyla bağlanıyor.
Bunun birçok faydası var: Birincisi, nanodotlar lityum için ek depolama kapasitesi sağlıyor ve şarj ve deşarj sürecini hızlandırıyor. Lazer işlemi aynı zamanda malzemenin oksijen içeriğini de azaltarak sorunlu molibden oksit oluşumunun önlenmesine yardımcı olur. Son olarak, nanodotlar ve katmanlar arasındaki güçlü bağlantılar, "MXene" malzeme yapısının elektriksel iletkenliğini iyileştirir ve şarj ve deşarj işlemi sırasında onu stabilize eder.
Bayhan basın açıklamasında, "Bu, pillerin performansını ayarlamanın uygun maliyetli ve hızlı bir yolunu 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 birlikte malzemenin elektrik depolama kapasitesi orijinal MXene'den dört kat daha yüksekti ve neredeyse grafitin teorik maksimum kapasitesine ulaşıyordu. Lazerle yazılmış malzeme ayrıca bisiklet testlerinde herhangi bir kapasite kaybı göstermedi.
Bu sonuçların ışığında, lazer yazıtının diğer "MXenes" malzeme yapılarının performansını artırmak için genel bir strateji olarak kullanılabileceğine inanıyorlar. Bu, örneğin lityumdan daha ucuz ve daha bol bulunan bir metalin kullanıldığı yeni nesil şarj edilebilir pillerin geliştirilmesine yol açabilir. Ayrıca grafitten farklı olarak MXenes malzeme yapıları sodyum ve potasyum iyonlarıyla da gömülebiliyor.