研究人员利用鲑鱼DNA开发下一代高容量电池材料

高容量正极材料锂离子电池

(点击图片全视图。)韩国研究团队成功地开发了锂离子电池的下一代高容量阴极材料。它使用来自鲑鱼和碳纳米管的DNA稳定过锂化的层状氧化物表面,并通过使用综合先进的分析技术来改善催化剂性能和寿命。资料来源:韩国科学技术学院(KIST)

利用鲑鱼DNA和碳纳米管稳定过度锂化的分层氧化物的表面。通过使用先进的综合分析技术,提高了催化剂的性能和使用寿命。

韩国研究团队成功地开发了锂离子电池的下一代高容量阴极材料。韩国科技学院(担任代理总裁Seok-Jin Yoon)宣布,陈坤博士(KIST能源研究中心博士联合研究团队),桑 - 杨·李教授(教授)在Ulsan国家科学和技术研究所(UNIST)),瓦尼欧格张博士(KIST储能研究中心的主要研究员)通过稳定*过锂化的层状氧化物表面开发出高性能的阴极材料(OLO),使用鲑鱼的DNA。

Over-lithiated分层氧化物(卡):通过从过渡金属元素替换到层状结构的锂元件中,含有大量锂的材料。

在锂离子二次电池中,在充电和放电过程中,在阴极和阳极之间来回移动的锂离子的量决定了电池系统的能量密度。换句话说,高容量阴极材料的发展对于提高锂离子电池的容量至关重要。

过锂化的分层氧化物(OLO)具有250mAh / g的高可逆容量(与现有商业化材料的可逆容量相比,只有160 mAh / g),并长期受到作为下一代阴极材料的关注,这可以将电池的储能量提高50%以上。然而,OLO具有重要的弱点,因为在充电/放电循环期间,OLO的层状结构可以塌陷,导致膨胀和呈现电池不可用的。

Chung Kyung Yoon博士、Chang won - young博士及Lee Sang-Young教授

由左至右:郑京荣博士、张元荣博士、李相荣教授。资料来源:韩国科学技术学院(KIST)

KIST研究团队通过将OLO从表面到内部划分为特定区域,利用透射电子显微镜分析了其晶体结构的变化。分析结果证实,在反复充放电循环过程中,OLO表面金属层开始发生坍塌。

Arunachal Pradesh,透射电子显微镜法:使用高压加速的电子衍射现象提供各种材料的形态,晶体结构和各种材料的元素信息。

联合研究团队使用了鲑鱼的DNA,这种DNA与锂离子有很强的亲和力,以控制OLO的表面结构,这是材料降解的原因。然而,鲑鱼的DNA在水溶液中显示出聚集的趋势。为了解决这一问题,研究团队合成了将碳纳米管(CNT)和鲑鱼DNA结合起来的复合涂层材料。DNA/碳纳米管混合物均匀排列并附着在OLO表面,形成了一种新的阴极材料。

KIST的研究团队采用了先进的综合分析技术(研究了从单个颗粒到电极的一系列因素),发现OLO的电化学特性及其结构稳定性机制得到了改善。原位x射线分析结果表明,在充放电循环过程中,结构降解得到抑制,热稳定性得到改善。

***碳纳米管:一个仅由碳原子组成的圆柱形纳米结构。

UNIST的Lee Sang-Young教授谈到这项研究的意义时说:“与之前的研究不同,这项研究使用了生命的基本单位DNA,这为高性能电池材料的发展指明了新方向。”KIST储能研究中心的负责人Kyung Yoon Chung说:“这项研究非常有意义,因为它提出了使用集成的先进分析技术稳定高容量阴极材料的设计因素。基于这项研究,我们将投入更多精力开发一种新材料,可以取代现有的商业化材料。”

参考文献:由Ju - Myung Kim, Jae - Ho Park, Eunmi Jo, Hyung - Seok Kim, Seung - Hyeok Kim, Wonyoung Chang, Kyung Yoon Chung和Sang - Young Lee于2020年1月29日完成的“DNA包裹的碳纳米管对超锂化层状氧化物的生态友好化学活化”先进的能源材料
DOI:10.1002 / AENM.201903658

通过科学,ICT和未来规划部资助的韩国(NRF)的国家研究基金会,美国军队研究办公室(ARO),基础科学研究计划和可穿戴平台材料技术中心的工作所支持。这项工作也得到了LG Chem的韩国森林研究所和电池研发的支持。KIST的工作得到了技术开发计划的支持,以解决由科技委和KIST机构计划资助的国家研究基金会(NRF)的气候变化。该研究的结果是作为最新问题的前封面文章发布先进的能源材料(3月3日,第10卷,第9期),一个著名的国际能源杂志(IF: 24.884, JCR排名前1.69%)。

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