Một kỹ thuật mới để tạo ra
graphene không đồng nhất có thể giúp cải thiện dung lượng pin natri-ion (Ảnh:
Bakicirkin/Depositphotos)
Ion
natri là một chất mang điện có lẽ không được mạnh mẽ như lithium nhưng
điểm trừ là lithium kém phong phú và kết quả là chi phí cao. Vật liệu
cực dương thường được sử dụng trong pin lithium-ion – than chì – cũng rẻ
nhưng không may nó không giữ được ion natri vốn lớn hơn ion lithium. Trong
quá khứ, các nhà khoa học đã giải quyết vấn đề bằng cách carbon hóa
lá sồi hoặc chế tạo cực âm hoàn toàn bằng các quả bóng graphene nhăn
nhúm.
Phương pháp của nhóm KAUST tương tự với dự án graphene nhăn đó. Một
dạng không có trật tự của than chì được gọi là carbon cứng vốn có thể
lưu trữ nhiều ion hơn chính là mục tiêu nhưng chế tạo nó thường là
một quá trình khó khăn đòi hỏi nhiệt độ gần 1.000° C. Do đó, các nhà
nghiên cứu đã phát triển một phương pháp đơn giản hơn nhiều liên quan
đến việc tạo ra ra graphene “lộn xộn” sử dụng một tia laser cơ bản.
Đầu
tiên, các nhà nghiên cứu KAUST phủ lên một lá đồng một loại polyme được
làm từ polyimide và urê. Sau đó, lá đồng được bắn bằng một ánh sáng
laser mạnh để “carbon” hóa nó, biến nó thành graphene. Nhóm cũng đưa
khí nitơ vào trong quá trình đó, thay thế một số nguyên tử carbon trong
vật liệu. Với khoảng 13% nitơ, kết quả cuối cùng là một dạng graphene
3D dẫn điện tốt hơn, có khoảng cách nguyên tử mở rộng và liên kết
trực tiếp với đế đồng.
“Chúng tôi muốn tìm một cách để tạo ra carbon cứng 3 chiều mà không
làm nóng mẫu quá mức. Bằng cách này, chúng tôi có thể tạo thành
carbon cứng trực tiếp trên bộ gom đồng”, tác giả nghiên cứu Fan Zhang
cho biết.
Khi
vật liệu được sử dụng làm cực dương trong pin natri-ion, nhóm phát hiện
ra rằng thiết bị hiệu quả hơn và có dung lượng cao hơn pin tương tự sử
dụng cực dương dựa trên carbon.
LH
(PhysOrg)