Отжиг делает оксид графена оптимальным для натрий-ионных батарей

Эксперимент, проведенный в Канзасском университете, позволил раскрыть ряд важных свойств оксида графена, которые могут пригодиться для улучшения гибких натрий- и литий-ионных батарей. Статья по итогам экспериментов вышла в Journal of Physical Chemistry.

Было установлено, что способность композитных бумажных электродов к накапливанию натрия зависит от расстояния между индивидуальными слоями, и настраивается отжигом в атмосфере аргона или аммиака. Например, листы восстановленного оксида графена (rGO), полученные при высокой температуре, имеют почти нулевую натриевую емкость, а при 500 °С — максимальную. Наилучшая литиевая емкость достигается отжигом rGO при 900 °C.

Это наблюдение важно, поскольку графит, из которого получают оксид графена, поглощает пренебрежимо мало натрия и давно уже не рассматривается в качестве потенциального электродного материала для натриевых батарей. В то же время для менее крупных ионов лития промежуток между слоями графита обеспечивает оптимальные условия диффузии, что обеспечило широкое распространение литиевых батарей с графитовым электродом.

Авторы первыми показали, что гибкая бумага, полностью состоящая из слоев оксида графена, способна заряжаться и разряжаться ионами натрия на протяжении более 1000 циклов. В качестве электролита в описываемых экспериментах использовался раствор перхлората натрия в этиленкарбонате.

«Большинство литиевых электродных материалов в натриевых батареях не выдерживают больше нескольких десятков циклов перезарядки, поскольку натрий гораздо больше лития и вызывает гигантские объемные изменения и повреждения основного материала», — заявил Гурприт Синг (Gurpreet Singh), доцент механического и ядерного машиностроения. — Эта конструкция уникальна, так как атомы кислорода и водорода препятствуют смыканию индивидуальных графеновых слоев, оставляя достаточно места для быстрого внедрения и вывода ионов натрия".

Также исследовалась механическая стабильность электродов из rGO. На полученной видеограмме видна способность даже смятого листа оксида графена выдерживать значительные нагрузки до отрыва от электрода.

Ученые планируют углубленно исследовать эффект высокотемпературного отжига в других наноматериалах, считающихся непригодными для электродов, таких как двумерный нитрид бора и кремний-азотные керамики.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365