Grafenová kyselina zvyšuje účinnost lithium-iontových baterií

Vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého ve spolupráci s VŠB-Technickou univerzitou Ostrava a Sárskou univerzitou v německém Saarbrückenu vyvinuli novou anodu pro lithium-iontové baterie (LIB) na bázi kyseliny grafenové (GA) – hustě karboxylovaného derivátu grafenu. Nová anoda předčí dříve popsané podobné anodové materiály a umožňuje skladovat elektrický náboj podstatně lépe než vysoce kvalitní jednovrstvý grafen. Výsledky byly zveřejněny v prestižním časopise pro energetický výzkum Advanced Energy Materials.

„Aromatické karboxylové kyseliny jsou stabilní a vysoce energetické organické anodové materiály pro LIB díky svému nízkému redukčnímu potenciálu a schopnosti koordinovat lithium. Nicméně jsou tyto molekuly nevodivé a rozpouští se v elektrolytech baterií. Z tohoto důvodu je nelze prakticky využít. Většinu těchto překážek nám pomohla překonat kyselina grafenová,“ uvedl první autor článku Ievgen Obraztsov.

„Vysoký výkon je připisován vodivosti grafenové kyseliny, která je v rámci skupiny hustě funkcionalizovaných grafenů velmi vysoká, a také velké afinitě iontů lithia ke karboxylovým skupinám, které jsou elektronicky provázány s páteří grafenu,“ vysvětlil Aristides Bakandritsos, který je jedním z hlavních autorů práce.

„Výsledky ukazují možnost vývoje velmi účinných bateriových materiálů s využitím efektivní chemie fluorografenu, která umožňuje instalovat na grafen vhodné chemické skupiny s vysokou hustotou pro interakci s nosiči energie,“ dodal vedoucí CATRIN-RCPTM a hlavní řešitel evropských projektů souvisejících s chemií grafenu Michal Otyepka.

„Je těžké si dnes představit život bez baterií, protože poptávka po nich neustále roste. Výkonnost kyseliny grafenové je vskutku atraktivní a naše společnost takový posun potřebuje, aby mohla v budoucnu čelit dalším výzvám. Vzhledem k tomu, že suroviny související s výrobou lithium-iontových baterií se stávají kritickými, důležitým aspektem práce je, že tato vyvinutá univerzální chemie může vést i k novým materiálům pro skladování energie po lithiu, což bude jedním z hlavních směrů výzkumu CATRIN-RCPTM v příštích letech,“ uzavřel vědecký ředitel CATRIN-RCPTM Radek Zbořil.

Článek s názvem Graphene acid for lithium-ion batteries—carboxylation boosts storage capacity in graphene je dostupný online https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202103010.