Ausländischen Medienberichten zufolge kündigte Japan die Erfindung eines neuen Kathodenmaterials an, mit dem die Batteriekapazität mehr als zweimal gesteigert werden kann.
Das japanische Institut für Materialwissenschaften (NIMS) gab kürzlich bekannt, dass eine seiner Forschungsgruppen erfolgreich Materialien synthetisiert hat, die abwechselnd Manganoxid-Nanoblätter und Graphene überlappen. Als Kathodenelektrodenmaterial für wiederaufladbare Lithium- und Natriumionenbatterien kann das Verbundmaterial die Lade- / Entladekapazität der Batterie um mehr als das Doppelte verbessern und die Lebensdauer der Batterie verlängern, wodurch das Problem der inkompatiblen Kapazität und Lebensdauer gelöst wird.
Abbildung: Überlappung von Manganoxid-Nanoblättern und Graphenen
Hohe Kapazität ist eines der Ziele der Sekundärbatterie. Gegenwärtig verwendet die Kathodenelektrode Kohlenstoffmaterial. Theoretisch hat das Übergangsmetalloxid eine hohe Kapazität und wird voraussichtlich ein Ersatz für Kohlenstoffmaterial sein. Insbesondere wird Manganoxid mit einer Schichtstruktur abgezogen, um eine Einzelmolekül-Nanoschicht zu bilden, die als Kathodenelektrode verwendet wird. Alle Oberflächen sind aktiv und die Kapazität kann stark erhöht werden. Die Schwierigkeit des Manganoxids wird jedoch durch wiederholtes Laden und Entladen leicht zerstört. Das Nanoblatt kann auch leicht zu einem Klumpen aggregiert werden.
Das Team dispergierte Manganoxid-Nanoblätter in Lösung und mischte sie mit Graphen, um einen interaktiven Mehrschichtverbundstoff zu synthetisieren. Manganoxid und Graphen sind negativ geladen und schließen sich normalerweise gegenseitig aus. Bereits 2015 löste das Team das Problem der Zurückweisung, indem es Graphen chemisch modifizierte, um es positiv aufzuladen, und erreichte die höchste Kapazität und die längste Lebenserwartung der Metalloxid-Kathodenmaterialien.
Diesmal war es durch die beiden Substanzen auf molekularer Ebene von Verbundwerkstoffen schwierig, hohe Eigenschaften zu erzielen. Verbundmaterialien werden nicht nur in wiederaufladbaren Batterien verwendet, sondern können auch die Leistung von Energiespeicher- und -umwandlungssystemen wie Superkondensatoren und Elektrodenkatalysatoren erheblich verbessern.
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