Исследователи используют ДНК лосося для разработки аккумуляторной батареи высокой емкости

Корейской исследовательской группе удалось разработать катодный материал нового поколения для литий-ионных аккумуляторов. Корейский институт науки и технологий (KIST, исполняющий обязанности президента Seok-jin Yoon) объявил о том, что совместная исследовательская группа доктора Kyung Yoon Chung (руководитель Центра исследований накопления энергии в KIST), проф. Sang-Young Lee (профессор в Ульсанском национальном институте науки и технологии (UNIST) и доктор Воньюнг Чанг (главный научный сотрудник Центра исследований накопления энергии при KIST) разработали высокопроизводительный катодный материал, стабилизировав поверхность сверхлитированных слоистых оксидов (ОЛО), используя ДНК лосося.

В литий-ионной вторичной батарее количество ионов лития, движущихся между катодом и анодом во время процесса зарядки и разрядки, определяет плотность энергии аккумуляторной системы. Другими словами, разработка катодного материала большой емкости имеет важное значение для увеличения емкости литий-ионной батареи.

Сверхлитированные слоистые оксиды (OLO) имеют высокую обратимую емкость 250 мАч/г (по сравнению с обратимой емкостью существующих коммерчески доступных материалов, которая составляет всего 160 мАч/г) и долгое время привлекали внимание в качестве катодного материала следующего поколения, что может улучшить емкость аккумулятора энергии более чем на 50%. Однако OLO имеет существенный недостаток в том, что во время циклов зарядки / разрядки слоистая структура OLO может разрушаться, что приводит к разбуханию и делает батарею непригодной для использования.

Исследовательская группа KIST использовала просвечивающую электронную микроскопию для анализа изменений в кристаллографической структуре путем разделения на конкретные области от поверхности до внутренней части OLO. Результаты анализа подтвердили, что металлические слои ОЛО начали разрушаться на поверхности при повторяющихся циклах зарядки / разрядки.

Совместная исследовательская группа использовала ДНК лосося, которая имеет сильное сродство с ионами лития, для контроля структуры поверхности ОLО, которая была причиной деградации материала. Однако ДНК лосося показала тенденцию к агрегации в водных растворах. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа синтезировала композиционный материал покрытия, который сочетал в себе углеродные нанотрубки (УНТ) и ДНК лосося. Смесь ДНК/УНТ была равномерно размещена и прикреплена к поверхности ОLО, что привело к созданию нового материала катода.

Исследовательская группа в KIST выполнила интегрированные передовые аналитические методы (исследуя ряд факторов, от отдельных частиц до электродов) и обнаружила, что электрохимические характеристики ОLО и механизмы его структурной стабильности улучшились. Результаты рентгеновского анализа in situ для разработанного OLO подтвердили, что разрушение структуры было подавлено во время циклов зарядки / разрядки, и термостойкость была улучшена.

Профессор Санг-Янг Ли из UNIST сказал о значимости разработки: «В отличие от предыдущих попыток, в этом исследовании используется ДНК, основная единица жизни, предлагая новое направление для разработки высокоэффективных материалов для батарей».

Kyung Yoon Chung, глава Центра исследований в области накопления энергии, KIST, сказал: «Это исследование очень важно, так как оно представляет конструктивные факторы для стабилизированного катодного материала большой емкости с использованием интегрированных передовых аналитических методов. На основе этого исследования мы будем прилагать больше усилий для разработки нового материала, который может заменить существующие коммерческие материалы».

Источник

Метки: аккумулятор