Atomair dunne linten kunnen de batterijen die nodig zijn voor schoon transport, evenals zonne-energie drastisch verbeteren

Grafisch abstract. Credit: Joule (2022). DOI: 10.1016/j.joule.2022.09.010

PNR’s zijn lintachtige strengen van het 2D-materiaal fosfor, die net als grafeen zijn gemaakt van atoomlagen van één atoom dik. Ze werden voor het eerst gemaakt in 2019 door een team onder leiding van professor Chris Howard van de UCL na meer dan honderd theoretische papers die voorspelden dat ze een reeks fascinerende en nuttige eigenschappen zouden hebben.

PNR’s vonden snel een rol in hun eerste energieapparaat in zonnecellen in 2021, geleid door Dr. Tom Macdonald aan de Queen Mary University of London/Imperial College London en ondersteund door het team van UCL. Hij toonde aan dat PNR’s eenvoudig kunnen worden afgedrukt als een extra laag om de functionaliteit en efficiëntie van zonnecellen te verbeteren door de “gatmobiliteit” te verbeteren.

“Gaten” zijn de tegenovergestelde partner van elektronen bij elektrisch transport, dus het verbeteren van hun mobiliteit (een maat voor de snelheid waarmee ze door het materiaal bewegen) helpt de elektrische stroom efficiënter tussen de lagen van het apparaat te verplaatsen.

Nu hebben QMUL en UCL opnieuw samengewerkt om een ​​visie te geven over hoe PNR’s kunnen worden gebruikt om de energiecrisis aan te pakken.

In een reactie op dit nieuwe werk zei Dr. Macdonald, research fellow aan de Queen Mary University of London: “Dit is opwindend omdat we bespreken hoe PNR’s een essentiële rol kunnen spelen bij het plannen in onze race tegen klimaatverandering. Vorig jaar hebben we aangetoond dat PNR’s kunnen op perovskiet-zonnecellen worden geprint om hun efficiëntie te verbeteren; en maken goedkoop printen in dunne, flexibele films mogelijk in vergelijking met traditionele inflexibele zonnecellen op basis van silicium. De belofte van onze PNR-zonnecellen is ongelooflijk, maar slechts het begin van de vele gebieden waar PNR’s een revolutie teweeg kunnen brengen, van lithium-ionbatterijen tot het opwekken van schoon waterstofgas.”

In hun Joule perspectief, benadrukt Dr. Macdonald de belangrijke stappen die al door onderzoekers over de hele wereld zijn genomen om PNR’s te maken en te gebruiken, waaronder recent werk dat aantoont dat het opnemen van PNR’s in lithium-ionbatterijen de prestaties en stabiliteit drastisch verbetert, waarbij de PNR’s in staat zijn om de vorming van ongewenste dendrieten die vanaf het oppervlak van de negatieve elektrode groeien. Dendrieten kunnen de separator doorboren en in contact komen met het kathodemateriaal van de batterij. Dit resulteert in het elektronische contact tussen de positieve en negatieve elektroden, wat de instabiliteit van lithium-ionbatterijen veroorzaakt.