Исследователи используют ДНК лосося для разработки материала для батарей большой емкости

Стабилизация поверхности сверхлитированных слоистых оксидов с использованием ДНК из лосося и углеродных нанотрубок демонстрирует улучшенные характеристики катализатора и срок службы благодаря использованию интегрированных передовых аналитических методов.

Корейской исследовательской группе удалось разработать катодный материал нового поколения для литий-ионных аккумуляторов. Ученые объявили, что объединенная исследовательская группа разработала 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 коммерческих материалов, которая составляет всего 160 мАч/г) и долгое время привлекала 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 и 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.

Объединенная исследовательская группа использовала ДНК лосося, которая имеет сильное сродство с ионами лития, для контроля структуры поверхности ОЛО, 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 ОЛО, 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 ОЛО и механизмы его структурной стабильности улучшились. Результаты рентгеновского анализа для разработанного OLO подтвердили, что разрушение структуры было подавлено во время циклов зарядки/разрядки и улучшена термическая стабильность.

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”. Кенг Уонг Чун, руководитель Центра исследований в области накопления энергии, KIST, сказал: “Это исследование имеет большое значение, поскольку оно представляет конструктивные факторы для стабилизированного катодного материала большой емкости с использованием интегрированных передовых аналитических методов. Основываясь на этом исследовании, мы будем прилагать больше усилий для разработки нового материала, который может заменить существующие коммерческие материалы”.

По материалам Scitechdaily