Mangaanselenide zou veelbelovende eigenschappen hebben als anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen, als het maar niet bijna 160% opzwol tijdens laad-ontlaadcycli, waardoor de elektrode uit elkaar viel.
Nu hebben onderzoekers van de Korea Maritime and Ocean University een manier gevonden om MnSe in te bedden in een 3D koolstof nanosheet-matrix waar de uitbreiding ervan kan worden getemd.
"We hebben ons gericht op mangaanselenide, een betaalbare overgangsmetaalverbinding die bekend staat om zijn hoge elektrische geleidbaarheid en toepasbaarheid bij de ontwikkeling van halfgeleiders en supercondensatoren, als een mogelijke kandidaat voor de geavanceerde Li-ion-batterijanode", zegt ingenieur Jun Kang.
Ze gebruikten een sol-gel- en selenatieroute, door het team beschreven als 'gemakkelijk' – chemici spreken voor 'als van een boomstam vallen'.
Het resulterende anodemateriaal heeft uniforme MnSe-nanodeeltjes die zijn verankerd in de koolstofnanovelmatrix (CNM) en werd 'MnSe ⊂ 3DCNM' genoemd.
Naast het temmen van de zwelling, heeft de structuur een groot oppervlak en andere voordelen "die leiden tot volledige lithiëring - delithiatiereacties, uitstekende elektrochemische kinetiek en buffervolume-expansie van MnSe-nanodeeltjes", volgens een artikel dat het werk beschrijft (zie hieronder) .
Een bepaalde variant – MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 – heeft als eenzame elektrode een stabiele omkeerbare capaciteit van 665.5 mAh/g na 200 cycli en een aanhoudende coulombefficiëntie van bijna 100%.
Gecombineerd met een LiMn2O4 kathode in een volle batterij, "merkte het team op dat MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 superieure elektrochemische eigenschappen bleef vertonen, waaronder superieure lithiumion- en elektronentransportkinetiek", aldus de universiteit.
"Met behulp van een gunstige vulsteiger hebben we een anode ontwikkeld die de batterijprestaties verbetert en tegelijkertijd omkeerbare energieopslag mogelijk maakt", aldus Kang. "Deze strategie kan als leidraad dienen voor andere overgangsmetaalseleniden met grote oppervlakten en stabiele nanostructuren, met toepassingen in opslagsystemen, elektrokatalyse en halfgeleiders."
Korea Maritime and Ocean University werkte samen met Pusan National University.
Het werk wordt beschreven in 'Gemakkelijke synthese van mangaanselenide verankerd in driedimensionale koolstofnanovelmatrix met verbeterde lithiumopslageigenschappen', gepubliceerd in het Chemical Engineering Journal.