Die neuartige Verwendung von eisenumsponnenen Kohlenstoff-Nanofasern führt zu einer Hochleistungs-Energiespeicherung

Eine neue Studie chinesischer Forscher zeigt vereinen neuartigen Vorgehen zur Verbesserung dieser Speicherleistung von Batterien und Kondensatoren. Die Forscher entwickelten vereinen einfachen, nichtsdestotrotz effizienten Weg, um ein Werkstoff mit hervorragender Leistung zu Händen den Kaution in Geräten herzustellen, die hinaus Lithium-Ionen-Speicherung angewiesen sind.

Energiespeichertechnologien werden immer wichtiger, da sich die Welt in Richtung Kohlendioxid-Unparteilichkeit bewegt und versucht, den Automobil- und erneuerbaren Energiesektor weiter zu elektrifizieren. Die Lithium-Ionen-Technologie ist entscheidend, um diesen Wandel voranzutreiben. „Von allen verfügbaren Kandidaten könnten Energiespeicher mit Lithium-Speicherchemie wie Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Kondensatoren derzeit die beste Leistung erbringen“, sagt Studienautor Han Hu, Forscher am Institut of New Energy, Volksrepublik China University of Petroleum.

Die Nutzung dieser Lithium-Ionen-Technologie in dieser Energiespeicherung ist jedoch durch ihre Vorteil im Verhältnis zur Größe eingeschränkt. Eine von den Autoren zitierte Studie aus dem Jahr 2021 behauptet, dass Lithium-Ionen-Batterien sowohl nachher Inertia qua sekundär nachher Volumen effizienter werden zu tun sein, um die Wettbewerbsfähigkeit von Elektrofahrzeugen hinaus dem Markt zu verbessern. Eine weitere Verbesserung dieser Speicherkapazität kann von dort dieser Schlüssel zum Klappen dieser Ziele dieser Kohlenstoffneutralität sein, wodurch die Wissenschaft zur Leistung von Lithium-Ionen-Batterien und Kondensatoren durch die Verwendung neuartiger Materialien von größter Geltung wird.

Konstruktion eines neuartigen Materials
Mit Stickstoff dotierte kohlenstoffhaltige Materialien sind die derzeit vorherrschende Wahl in Lithium-Akkumulatoren und -Kondensatoren, womit Elektronen- und Ionentransfer die grundlegenden Prozesse zu Händen die elektrochemische Energiespeicherung sind. Da kohlenstoffhaltige Materialien jedoch unpolar sind – mit Ladungen, die in gleichen Abständen reichlich ihre Moleküle verteilt sind – haftet dies geladene Lithium (Lithium+) trotz seiner ungesättigten Konfiguration, die ihm eine geeignete Bindungsenergie verleiht, nicht leichtgewichtig an den Materialien.

Die Forscher verbanden von dort Kohlenstoff-Nanofasern mit Ferrum (Fe), um ihre Oberflächenchemie so zu regulieren, dass ein erhöhter Elektronen- und Ionentransfer erleichtert wird. Mittels Elektrospinning stellten sie eine Schlange von Kohlenstoff-Nanofaserproben mit Fe-Gehalten her. Anschließend bewerteten sie die Lithium+-Speicherleistung dieser Proben mithilfe verschiedener elektrochemischer Testmethoden. Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie zeigten ein 3D-verbundenes Netzwerk aus glatten Fasern ohne Scholle von Eisenpartikeln, welches darauf hindeutet, dass sie gut verteilt waren.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von atomarem Fe die elektronische Struktur dieser Kohlenstoffmaterialien veränderte, um eine höhere elektrische Leitwert zu fördern und den Diffusionswiderstand des Lithium+ zu verringern. Die Forscher verdeutlichen, dass die elektrochemische Leistung hauptsächlich durch vereinen synergistischen Nachwirkung des atomaren Fe und die Gründung einer Fe-Nitrogenium-Koppelung verbessert wurde, die aktivere Raster freilegte, an denen Lithium+ kleben konnte.

Dasjenige Ergebnis war eine Verbesserung dieser Lithiumspeicherleistung. Die hergestellte Pluspol lieferte reichlich 5000 Zyklen mit hoher Stromdichte anhaltend elektrische Schwung und lieferte sowohl eine hohe Schwung qua sekundär eine große Literleistung. Seine verflochtene Faserstruktur verlieh strukturelle Stabilität und verbesserte Leitwert.

Studienautor Yanan Lithium, ebenfalls Forscher an dieser Volksrepublik China University of Petroleum, erklärt, wie die in dieser Studie bahnbrechende Materialkonformation „eine kinetisch beschleunigte Lithium+-Speicherung und eine anständige Leistung zusammen mit hohen Massenbelastungen erzielte“, während „eine einfache Methode zur Herstellung von atomarem Fe-dekoriertem Kohlenstoff verwendet wurde Nanofasern.“

Die Studienautoren exponieren, dass dieser Kaution von Kohlenstoff-Nanofasern die Lücke zwischen Grundlagenforschung und praktischer Programm schließen könnte. Sie in Betracht kommen davon aus, dass dies neuartige Werkstoff zur Verwendung in einer Schlange von Energiespeichergeräten eingesetzt wird.

„Die elektrogesponnenen Kohlenstoff-Nanofasermatten sind hochflexibel, welches hinaus ihre Möglichkeit hindeutet, flexible und tragbare Energiespeicher zu konstruieren“, sagt Hu. Die Kohlenstoff-Nanofasermatten würden qua Elektroden wirken. Außerdem wollen die Forscher, so die Forscher, die Verwendung anderer Einzelatommetalle wie Sodium, Kalium und Zn zur Steigerung dieser Speicherung elektrochemischer Schwung untersuchen.

Zu den Autoren dieser Veröffentlichung in Besitz sein von Han Hu, Mingbo Wu, Qian Xu, Yanan Lithium, Chenghao Wu, Xitong Sun, Yujuan Wang, Shiwei Guo, Mengdi Zhang, Qiang Lithium, Yuanyuan Pan, Huabin Zhang und Le Yu.

Forschungsbericht: „Kinetisch beschleunigte und hochmassebeladene Lithiumspeicherung ermöglicht durch Atomeisen-eingebettete Kohlenstoff-Nanofasern“

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