Investigadores del AIST, en colaboración con la Universidad de Osaka, la Universidad Politécnica de Tokio, la Universidad de Kyushu y la Universidad Nacional Tsing Hua, han desarrollado una técnica para insertar metales alcalinos en las capas intermedias de grafeno, que es una capa única de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. . Han logrado observar directamente la disposición atómica de los átomos de metales alcalinos insertados, que es una estructura bicapa hexagonal compacta.
El estudio se publica en la revista Nature Communications. .
El rendimiento de las baterías recargables es un factor clave que influye en la distancia de conducción de los vehículos eléctricos y el tiempo de uso de los teléfonos inteligentes. Mejorar el rendimiento de estos dispositivos electrónicos es posible si las baterías recargables pueden acumular mayores capacidades eléctricas.
El grafito, el material de los electrodos utilizado en las baterías, está compuesto de múltiples capas de grafeno, con metales alcalinos colocados entre las capas para facilitar el flujo de electrones durante la carga y descarga. Lograr una alta densidad de almacenamiento de metales alcalinos entre las capas de grafeno podría aumentar la capacidad eléctrica.
Durante los últimos cien años, se ha reconocido ampliamente mediante mediciones de difracción de electrones y rayos X que las capas intermedias de grafeno solo pueden acomodar una única capa de metal alcalino. Cada capa que está completamente llena con átomos de metal alcalino de una sola capa se considera el límite de carga teórico.
Sin embargo, no ha habido informes de estudios que observen directamente la disposición atómica de las capas intermedias de metales alcalinos y verifiquen si las capas de grafeno solo pueden acomodar una sola capa de átomos de metales alcalinos o si otras técnicas pueden lograr una mayor densidad o múltiples capas de metales alcalinos. P>
El equipo de investigación desarrolló una técnica para insertar metales alcalinos densos entre capas de grafeno. Utilizando un microscopio electrónico de alto rendimiento y bajo voltaje (60 kV), han observado con éxito la estructura de disposición de los átomos de metales alcalinos entre las capas de grafeno. Los metales alcalinos se encuentran densamente empaquetados en una estructura de dos capas tanto en el grafeno bicapa como en la capa superficial del grafito debido a la capacidad de extensión flexible de su espaciado entre capas.
Esto permite insertar aproximadamente el doble de metales alcalinos. Si se puede apilar grafeno con dos capas de inserción de metal alcalino, se espera que sirva como material de electrodo que mejore la capacidad de las baterías secundarias de iones alcalinos.
Más información: Yung-Chang Lin et al, Intercalación de bicapa de metal alcalino en grafeno, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44602-3
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