La nueva investigación de ingeniería de materiales dirigida por Western podría traducirse en importantes beneficios en el mundo real, como una mayor autonomía para los vehículos eléctricos y una mayor duración de la batería de los teléfonos móviles.

Investigadores de Western Engineering, El departamento de química de Western y el Centro de Investigación de Radiación de Sincrotrón de la Universidad de Soochow y Western colaboraron con Canadian Light Source (CLS) en la Universidad de Saskatchewan en un par de estudios para determinar si podían aprovechar el poder del fosforeno mientras mitigaban sus dos principales disuasivos. —Costo y durabilidad— y lo han logrado.

La capacidad teórica del fosforeno, un material bidimensional, que consiste en una sola capa de fósforo negro, es casi siete veces mayor que la de los materiales de ánodo que se utilizan actualmente en las baterías de iones de litio. En la actualidad, el fósforo negro disponible comercialmente es costoso, a aproximadamente $ 1, 000 por gramo y también se degrada rápidamente cuando se expone al aire.

En el primer artículo, el equipo de investigación aplicó un proceso novedoso para producir un fósforo negro de bajo costo a partir de un bajo costo (aproximadamente $ 0.10 / gramo), fósforo rojo de baja pureza, lo que reduce el costo en casi un 300 por ciento. El fósforo negro resultante tenía casi la misma pureza y propiedades electrónicas que el obtenido con métodos tradicionales y fósforo rojo de alta pureza. que vale alrededor de $ 40 / gramo.

Reducir drásticamente el costo de fabricación de fósforo negro significa que sus resultados son escalables, según el investigador principal Weihan Li de Western.

"El bajo precio permite realizar la futura aplicación a gran escala de fósforo negro y fosforeno en campos relacionados con la energía y la electrónica, como la nano-fotónica, nanoelectrónica, optoelectrónica, baterías secundarias, y electrocatalizadores, "dijo Li, un becario postdoctoral supervisado conjuntamente por el profesor de química T.K. Impostor, Cátedra de Investigación de Canadá en Materiales y Radiación de Sincrotrón y profesor de ingeniería Xueliang (Andy) Sun, Cátedra de Investigación de Canadá en Desarrollo de Nanomateriales para Energía Limpia.

Con el segundo estudio, los investigadores querían comprender mejor a nanoescala y en tiempo real, donde la degradación (oxidación) comienza en el fosforeno, y cómo se propaga. Si bien investigaciones anteriores han documentado que la degradación sí ocurre, este estudio fue el primero en visualizar claramente el proceso en detalle. El equipo utilizó varias técnicas de sincrotrón diferentes en el CLS para recopilar estas imágenes. Los investigadores encontraron que el fosforeno comienza a descomponerse en las regiones más delgadas primero, y que las regiones degradadas aceleran la descomposición de las regiones adyacentes.

Según Li, su descubrimiento allana el camino para el desarrollo de estrategias para proteger el fosforeno cuando se utiliza en la electrónica y otros dispositivos.

"Hace posible preparar dispositivos electrónicos basados ​​en fosforeno estables al aire y dispositivos relacionados con la energía, "dijo Li.

Sun le da crédito a CLS por desempeñar un papel fundamental en ambos estudios.

"En comparación con otros recursos del mundo, la asistencia al usuario de CLS es fantástica, "dijo Sun". Sin la ayuda de CLS, no podríamos haber combinado varias técnicas de sincrotrón diferentes en las dos obras. Es más, realizar los estudios in situ no habría sido posible sin la ayuda de los científicos de la línea de luz ".