Manganselenid hätte vielversprechende Eigenschaften als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, wenn es nicht während der Lade-Entlade-Zyklen um fast 160% aufquillte und die Elektrode zerbrach.
Jetzt haben Forscher der Korea Maritime and Ocean University einen Weg gefunden, MnSe in eine 3D-Kohlenstoff-Nanoblatt-Matrix einzubetten, wo seine Ausdehnung gezähmt werden kann.
„Wir konzentrierten uns auf Manganselenid, eine erschwingliche Übergangsmetallverbindung, die für ihre hohe elektrische Leitfähigkeit und Anwendbarkeit bei der Entwicklung von Halbleitern und Superkondensatoren bekannt ist, als möglichen Kandidaten für die fortschrittliche Lithium-Ionen-Batterieanode“, sagte Ingenieur Jun Kang.
Sie verwendeten eine Sol-Gel- und Selenierungs-Route, die vom Team als „leicht“ beschrieben wurde – Chemiker sprechen für „wie von einem Baumstamm fallen“.
Das resultierende Anodenmaterial weist einheitliche MnSe-Nanopartikel auf, die in der Kohlenstoff-Nanoblatt-Matrix (CNM) verankert sind und wurde „MnSe ⊂ 3DCNM“ genannt.
Neben der Zähmung der Quellung hat die Struktur eine große Oberfläche und andere Vorteile, „die zu einer vollständigen Lithiierung führen – Delithiationsreaktionen, ausgezeichnete elektrochemische Kinetik und Puffervolumenausdehnung von MnSe-Nanopartikeln“, so ein Papier, das die Arbeit beschreibt (siehe unten). .
Eine besondere Variante – MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 – als Einzelelektrode hat eine stabile reversible Kapazität von 665.5 mAh/g nach 200 Zyklen und eine anhaltende Coulomb-Effizienz nahe 100 %.
Kombiniert mit einem LiMn2O4 Kathode in einer vollen Batterie „beobachtete das Team, dass MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 weiterhin überlegene elektrochemische Eigenschaften aufwies, einschließlich einer überlegenen Lithiumionen- und Elektronentransportkinetik“, so die Universität.
„Mit einem förderlichen Füllgerüst haben wir eine Anode entwickelt, die die Batterieleistung steigert und gleichzeitig eine reversible Energiespeicherung ermöglicht“, sagt Kang. „Diese Strategie kann als Leitfaden für andere Übergangsmetallselenide mit großen Oberflächen und stabilen Nanostrukturen mit Anwendungen in Speichersystemen, Elektrokatalyse und Halbleitern dienen.“
Die Korea Maritime and Ocean University arbeitete mit der Pusan National University zusammen.
Die Arbeit ist in "Einfache Synthese von Manganselenid verankert in einer dreidimensionalen Kohlenstoff-Nanoblatt-Matrix mit verbesserten Lithiumspeichereigenschaften" beschrieben, die im Chemical Engineering Journal veröffentlicht wurde.