Univerza Postech
2020_283_06
Raziskovalna skupina pod vodstvom profesorja Soojina Park je razvila tridimenzionalno monolitno organsko baterijsko elektrodo.
V poplavi nosljivih naprav in pametnih telefonov, ki potrebujejo visoko zmogljivost vira električne energije, kot so zložljivi telefoni in 5G telefoni, se zanimanje za področje baterije povečuje in razvijajo se različne nove vrste baterij.
Vzemimo na primer fleksibilne baterije, vdelane v pas prenosne ure ali baterije za skupno rabo energije, ki so se razvile iz brezžičnega polnjenja. Vendar pa doslej še nikomur ni uspelo izdelati baterije, ki bi imela zmogljivost več tisoč miliamperskih ur (mAh). Pred kratkim pa je raziskovalna skupina iz Koreje razvila monolitno elektrodo, ki lahko nadomesti trde bakrene zbiralnike *1 in s tem omogočila razvoj prožne baterije z veliko zmogljivostjo.
Profesor za kemijo Soojin Park ter oddelek za napredne znanosti o materialih s svojim podoktorskim raziskovalcem Jaegeonom Ryujem in svojim doktorskim študentom Jieunom Kangom, je v sodelovanju s korejskim Inštitutom za materiale uspešno razvil fleksibilno baterijo s tanko tridimenzionalno organsko elektrodo.
Poleg tega so s tridimenzionalnim bakrenim zbiralnikom lahko znižali težo baterije za 10-krat več kot z običajnim bakrenim zbiralnikom*1. Namesto grafitne anode so uporabili organske materiale in s tem lahko povečali energijsko gostoto baterije za več kot štirikrat. Njihova raziskava je bila objavljena v nedavni številki ACS Nano.
Električna prevodnost organskega materiala je nizka in doslej še ni obstajala rešitev za integracijo zbiralnika in organskega materiala. Zaradi tega pred njihovo študijo tudi ni bilo mogoče dokazati monolitne elektrode z organskimi materiali. Raziskovalna skupina je preučila možnost zamenjave tokovnega kolektorja, ki povečuje težo baterije in grafitne anode z nizko gostoto energije, da bi tako inovativno znižali težo baterije.
Skupina je izdelala tridimenzionalno strukturo z visoko električno prevodnostjo z uporabo enostenskih ogljikovih aerogelov nanocevk (SWCNT) in iz te strukture izdelali tanke monolitne organske elektrode s prevleko iz organskega materiala, ki temelji na nanometrski mreži na osnovi amidov (IBN) *2.
Tridimenzionalne monolitne elektrode, prevlečene z 8 nm tankimi in poljubno debelimi organskimi plastmi IBN, so dosegle zmogljivost do 1550 mAh na gram teže in jih je bilo mogoče napolniti več kot 800-krat. Te elektrode so bile prevlečene z organskimi materiali. Kljub slabi intrinzični električni prevodnosti so uspeli doseči visoko električno prevodnost, poleg tega pa so pokazali tudi boljše elektrokemijske zmogljivosti polnilne baterije s pomočjo hitrega prenosa litija skozi povečanja števila redoks-aktivnih mest. Še več, debelino prevlečenih organskih materialov je mogoče enostavno nadzorovati in s tem so lahko močno izboljšali gostoto toka organske elektrode.
Na novo razvita elektroda lahko nadomesti kovinski zbiralnik (kolektor), kar omogoča razvoj lahke in prožne akumulatorske baterije, ki jo lahko kasneje uporabimo za nosljive elektronske naprave, prilagodljive naprave, telekomunikacijska in elektronska vozila nove generacije.
Profesor Soojin Park, ki je vodil to raziskavo, je pripomnil: “Težo akumulatorske baterije lahko zelo zmanjšamo z uporabo te, na novo razvite monolitne elektrode z organskimi materiali SWCNT. S tem lahko premostimo omejitve običajnih akumulatorskih baterij in uresničimo aplikacije možnostjo prilagoditve organske baterije in hkrati zmanjšamo njihovo težo.
To raziskavo je podprla Korejska nacionalna raziskovalna fundacija.
*1 Zbiralnik, kolektor
Ima pomembno vlogo ima pri zagotavljanju oskrbe z električno energijo, ker električno energijo, ki jo proizvajajo kemični materiali obeh plošč, povezuje v tokokroge.
*2 Mrežna struktura, ki temelji na amidih
Gre za vrsto organskega materiala z aktivno elektrokemično in visoko molekularno snovjo, ki je strukturirana v tridimenzionalno obliko. Amidi so sicer najbolj znani kot komponente polimerov visoke trdnosti.
Povzeto po: http://postech.ac.kr/eng/how-light-a-foldable-and-long-lasting-battery-can-be/#post-20084
