KAUST, il team Aramco sviluppa la schiuma MoS2 gerarchicamente porosa 3D più alta

Apr 05, 2024

I ricercatori di KAUST e Aramco hanno sviluppato una schiuma tridimensionale di bisolfuro di molibdeno con una gerarchia strutturale su sette ordini di grandezza. La schiuma fornisce una rete compenetrante per un efficiente trasporto di carica, una rapida diffusione degli ioni e un supporto meccanicamente resiliente e chimicamente stabile per le reazioni elettrochimiche.

Le straordinarie prestazioni elettrochimiche della schiuma al bisolfuro di molibdeno superano la maggior parte degli anodi delle batterie agli ioni di litio a base di bisolfuro di molibdeno e dei materiali all'avanguardia. Un documento ad accesso aperto sul lavoro è pubblicato su Nature Communications.

La schiuma autoassemblante presenta una struttura gerarchica complessa che le consente di assorbire ripetutamente e quindi rilasciare facilmente grandi quantità di ioni di litio. Il materiale potrebbe diventare un componente chiave delle batterie al litio a ricarica rapida e di lunga durata.

(a) Lo schema di produzione illustra la configurazione EHD e l'evoluzione strutturale della schiuma MoS2. (b) Dimostrazione di una produzione scalabile di schiuma MoS2 su un substrato di rame (Cu) da 4 pollici che comprende gerarchie strutturali su sette ordini di grandezza, tra cui (c) reti porose interconnesse, (d) struttura architettonica, (e) vortici cellula unitaria del traliccio, (f) nanopori e montanti, (g) fogli di MoS2 intrecciati, (h) strappi e fori sul piano basale e (i) posti vacanti di S. Wei et al.

La sostanza inorganica disolfuro di molibdeno (MoS2) è stata considerata un potenziale materiale anodico per batterie agli ioni di litio (LIB). Tipicamente, tuttavia, il MoS2 è costituito da strati 2D atomicamente sottili, impilati come fogli di carta. Questa struttura fragile e stratificata manca di stabilità elettrochimica e limita la diffusione degli ioni di litio dentro e fuori il materiale, spiega Xuan Wei, autore principale.

Il team ha cercato di convertire i nanofogli 2D di MoS2 in un robusto materiale 3D adatto all’uso dell’anodo della batteria. Dopo aver testato dozzine di condizioni, il team alla fine ha trovato una configurazione in cui i nanofogli formano una schiuma 3D stabile e organizzata.

La schiuma possiede una struttura gerarchica altamente ordinata, dagli elementi strutturali nanoscopici fino alle caratteristiche visibili ad occhio nudo. Queste caratteristiche erano essenziali per le eccellenti prestazioni dell'anodo della batteria del materiale, che il team ha dimostrato nel mantenere un'elevata capacità del litio nel tempo. Gli anodi LIB devono resistere a rigonfiamenti e restringimenti ripetuti poiché una grande quantità di litio viene assorbita e quindi rilasciata durante ogni ciclo di scarica/ricarica della batteria.

Risorse

Wei, X., Lin, CC., Wu, C. et al. (2022) “Schiuma MoS2 tridimensionale gerarchicamente porosa come anodo di batteria agli ioni di litio ad alta velocità e stabile”. Nat Commun 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

Pubblicato il 23 dicembre 2022 in Batterie, Contesto del mercato, Materiali | Collegamento permanente | Commenti (23)