(資料圖片)
近日，阿卜杜拉國王科技大學（King Abdullah University，KAUST）了一項研究成果，該成果可能有助于改進下一代電池的陽極材料。
據悉，KAUST展示了使用激光脈沖來修改一種被稱為“MXene”的有潛力替代電極材料的結構，提高其能量容量和其他關鍵性能。
在這項研究中，科學家們解釋稱，石墨含有扁平的碳原子層，在電池充電期間，鋰原子在這些層之間存儲，這一過程被稱為“嵌入”。“MXene”材料結構也包含可以容納鋰的層，但這些層是由過渡金屬如鈦或鉬與碳或氮原子結合而成的，這使得材料具有高導電性。
這些層的表面還具有額外的原子，如氧或氟。基于碳化鉬的“MXene”材料結構具有特別好的鋰存儲能力，但在反復充放電循環后，其性能也會很快下降。
由Husam N． Alshareef和Zahra Bayhan領導的KAUST團隊發現，這種降解是由MXene結構中形成氧化鉬的化學變化引起的。
為了解決這個問題，他們使用紅外激光脈沖在“MXene”材料結構中制造出碳化鉬的小“納米點”，這一過程被稱為“激光劃線”。這些大約10納米寬的納米點通過碳材料連接到“MXene”材料結構的層上。
這提供了幾個好處：首先，納米點為鋰提供了額外的存儲容量，并加快了充放電過程。激光處理還降低了材料的氧含量，有助于防止有問題的氧化鉬的形成。最后，納米點和層之間的強連接提高了“MXene”材料結構的導電性，并在充放電過程中穩定了其結構。
Bayhan在一份媒體聲明中表示：“這為調整電池性能提供了一種經濟高效且快速的方法。”
研究人員用激光刻寫材料制作了一個陽極，并在鋰離子電池中進行了1000多次充放電循環測試。有了納米點，這種材料的電存儲容量比原來的MXene高4倍，幾乎達到了石墨的理論最大容量。激光刻錄材料在循環測試中也沒有顯示出容量損失。
鑒于這些結果，他們認為激光刻劃可以作為一種通用策略來改善其他“MXenes”材料結構的性能。例如，這有助于開發新一代可充電電池，這種電池使用比鋰更便宜、更豐富的金屬。另外，與石墨不同，MXenes材料結構也可以嵌入鈉離子和鉀離子。