レーザー治療によりバッテリーの性能が向上

Aug 16, 2023

世界が再生可能エネルギー源に移行するにつれて、断続的なエネルギーを蓄える高性能の充電式バッテリーの必要性が非常に重要になっています。 現在、リチウムイオン電池が使用されていますが、その性能にはまだ改善の余地があります。 それらの機能を強化する 1 つの方法は、新しい電極材料を開発することです。

KAUST の研究者らは、レーザー パルスを使用して MXene と呼ばれる代替電極材料の構造を変更し、その結果、エネルギー容量やその他の重要な特性が向上することを実証しました。 MXene は、炭素または窒素原子に結合したチタンやモリブデンなどの遷移金属の層で構成されており、材料の導電性が高く、リチウム貯蔵能力を備えています。

ただし、炭化モリブデンをベースとした MXene は、材料の構造内で酸化モリブデンが形成されるため、時間の経過とともに性能が低下します。 この問題に対処するために、研究者らは赤外線レーザーパルスを利用してMXene内に炭化モリブデンのナノドットを作成しました。これはレーザースクライビングとして知られるプロセスです。 これらのナノドットは、リチウムの追加の貯蔵容量を提供し、充電と放電のプロセスを加速しました。

また、レーザー処理により材料の酸素含有量が減少し、問題となる酸化モリブデンの生成が防止されました。 さらに、ナノドットと層の間の強力な接続により、MXene の導電性が向上し、充放電中の構造が安定しました。 得られたレーザースクライブされた材料は、元の MXene と比較して蓄電容量が 4 倍増加しました。

テストでは、研究者らはレーザーでスクライブした材料からアノードを作成し、それをリチウムイオン電池で 1000 回の充放電サイクルにさらしたが、容量の損失は観察されなかった。 彼らは、レーザースクライビングを他のMXeneの特性を強化するために適用することができ、それがナトリウムやカリウムなどの費用対効果が高く豊富な金属を利用する充電式電池の開発につながると考えています。

この研究の結果は、バッテリーの性能を向上させ、次世代の充電式バッテリーを進歩させるための有望な戦略を提供します。