Наночастинки оксиду заліза як майбутнє електродів літію-іонної батареї

Р
На лівому – мікрограф наночастинок оксиду порожнистого заліза; на правому – це схема інноваційного катоду на основі порожнистих наночастинок між шарами вуглецевих нанотрубок (ілюстрація Національної лабораторії Аргонне).

Фахівці з Національної лабораторії Аргонне та університету Чикаго (США) синтезовані наночастинки оксиду заліза з високою концентрацією точних дефектів для реалізації абсолютно нової концепції виробництва електродів на основі наночастинок, сендвічованих між двома шарами чистої вуглецевої нанотрубки.

Коли новий електрод стає катодом, висока концентрація залізних вакансій наночастинок може істотно підвищити продуктивність існуючих літієво-іонних батарей.

Традиційні електроди на основі наночастинок швидко втрачають свою продуктивність через слабкий контакт між наночастиками та струмовим колектором. Нові електроди дозволяють багаторазово переобладнати іони літію, що призводить до високої ємності і ефективності, відмінної швидкості заряду і помітної стабільності (операційні характеристики є постійними більш ніж 500 циклів зарядки). Отриманий результат є чітким доказом, що морфологія катодного наноматеріалу є найважливішим чинником подальшого розвитку літій-іонних батарей.

Наночастинки hollow gamma-Fe2O3 синтезовані на Національній лабораторії Argonne з кількістю залізних вакансій чотири рази, що зі звичайних наночастинок. Інноваційний метод виробництва електродів полягає в тому, щоб зафіксувати шар наночастинок між двома шарами чистого багатошарового вуглецевого нанотрубок без використання «бунгля» або інших добавок.

Електрохімічні тести показали високу потужність (132 мАг/г на 2,5 В), найвищу ефективність Faraday 99,7% (демонструє ефективність електронного транспорту в електрохімічній схемі), відмінні характеристики швидкості (133 мАг/г на 3000 мА/г) і твердої стабільності (як вже зазначено, більше 500 циклів). Крім того, існують цікаві дані про внутрішню структурну трансформацію наночастинок, отриманих методом синхронного рентгенівського поглинання і дифракції, які дають чітку уявлення про те, що відбувається в літію під час електрохімічного циклу.

Звіт можна знайти в Nano Letters.