Наноламинаты помогут раскрыть потенциал литий-серных батарей

Исследователи Дрексельского университета (Филадельфия, штат Пенсильвания) совместно с коллегами из французского университета Aix-Marseille нашли высокоэффективный материал для катодов следующего поколения батерей — литий-серных.

Удельная энергоемкость литий-серных устройств примерно в четыре раза выше, чем сегодняшних литий-ионных, но для практического использования им не хватает электродов, способных обеспечить долгосрочную стабильность эксплуатации.

Таким катодом может стать наноламинат из 2D-углерода и серы, полученный селективным удалением M-компоненты (титана) из слоистого материала Ti₂SC (MAX-фаза) международным коллективом под руководством Юрия Готоцкого, директора Группы исследования наноматериалов Дрексельского университета. Об этом рассказывается в недавнем издании журнала Angewandte Chemie.

MAX-фаза — это открытое в Дрекселе два десятилетия назад семейство многослойных гексагональных карбидов и нитридов металлов (M), обладающих необычными, а подчас и уникальными, химическими, электрическими и механическими свойствами.

Сегодня, углеродные наноматериалы, пропитанные серой, считаются наиболее перспективными материалами для Li-S-батарей. Ранее было продемонстрировано, что их эффективность напрямую зависит от двух факторов — силы взаимодействия серы с углеродом и равномерности ее распределения в углеродной матрице.

Авторы обнаружили, что в AX-наноламинатах между углеродом и серой устанавливаются прочные ковалентные связи. Кроме того, распределение серы между одноатомными слоями углерода характеризуется крайней однородностью. Этим и объясняется высокий потенциал данного материала для использования в электродах.

«Мы имеем достаточно доказательств, указывающих на то, что электрохимическое травление может быть эффективным методом селективного извлечения элементов M из MAX-фаз с получением различных слоистых структур AX, которые не могут быть изготовлены иными способами», — сообщил первый автор статьи, Чжао (Meng-Qiang Zhao).

Это открытие имеет важное значение, поскольку существует более семи десятков известных MAX-фаз и шансы высоки, что какая-нибудь из их AX-производных найдет применение в новом поколении устройств для хранения электроэнергии.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI