鋰離子電池是可持續(xù)能源技術的未來，但與提高電池容量相關的陽極體積劇烈波動引發(fā)了安全問題。最近，韓國的研究人員發(fā)現(xiàn)，將硒化錳陽極嵌入3D碳納米片基質中是一種創(chuàng)新、簡單且低成本的方法，可以減少劇烈的體積膨脹，同時提高這些電池的能量密度。
鋰離子電池(LIB)是用于電氣設備或電動汽車的可再生能源，作為下一代能源解決方案備受關注。然而，當今使用的LIB的陽極存在多個不足之處，從低離子電子電導率和充放電循環(huán)期間的結構變化到低比容量，這限制了電池的性能。
為了尋找更好的負極材料，韓國海事大學的Jun Kang博士和韓國釜山國立大學的同事設計了一種負極，由于其獨特的結構特點，克服了許多現(xiàn)有的陽極效率的障礙。Jun Kang博士解釋說：“我們專注于硒化錳(MnSe)，這是一種經(jīng)濟實惠的過渡金屬化合物，以其高導電性和在開發(fā)半導體和超級電容器中的適用性而聞名，可作為先進LIB陽極的可能候選物?！? 然而，MnSe在充放電循環(huán)過程中會發(fā)生劇烈的體積變化(幾乎160%)，這不僅會降低電極的性能，還會帶來安全問題。
為了防止這種體積變化，上述研究人員開發(fā)了一種簡單且低成本的工藝：他們將MnSe納米顆粒均勻地注入三維多孔碳納米片基質(或3DCNM)中。在新開發(fā)的負極材料(他們稱為“MnSe?3DCNM”)中，碳納米片支架賦予了錨定的MnSe納米顆粒許多優(yōu)點，例如大量的活性位點和與電解質的接觸面積增加，并保護它們免受急劇的體積膨脹。
研究人員能夠合成多種MnSe?3DCNM材料。其中，他們發(fā)現(xiàn)MnSe?3DCNM-1.92表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力。當與全電池中的鋰錳(III,IV)氧化物(LiMn2O4，一種常用的陰極材料)結合時，該團隊觀察到MnSe?3DCNM-1.92顯著地繼續(xù)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，包括優(yōu)異的鋰離子和電子傳輸動力學!
該團隊對他們的成就的潛在影響感到興奮。正如Jun Kang博士所解釋的那樣，“使用有益的填料支架，我們開發(fā)了一種提高電池性能同時允許可逆能量存儲的陽極。該策略可以作為其他具有高表面積和穩(wěn)定納米結構的過渡金屬硒化物的指南，在存儲系統(tǒng)、電催化和半導體中的應用。”
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