Experimentele opstelling en karakterisering van materialen. EEN, C Boven, en, (B, D) zijaanzichtschema’s van de experimentele opstelling waarin een 5 µm dik geoxideerd Ti3C2Tz MXene-film (een scanning-elektronenmicroscopie (SEM)-afbeelding waarvan wordt weergegeven in (E)) wordt bovenop de SRBW-resonator (oppervlakte gereflecteerde bulkgolf) geplaatst, die een single-crystal LiNBO op chipschaal omvat3 piëzo-elektrisch substraat, getoond in (F). In (C, D), de SRBW – gegenereerd door een sinusvormig elektrisch signaal van een radiofrequentie (RF) -bron toe te passen op interdigitale transducer (IDT) -elektroden die fotolithografisch op de LiNbO zijn aangebracht3 substraat – plant zich voort langs en door het substraat en wordt overgebracht naar de Ti3C2Tz MXene-film door een dunne waterkoppelingslaag. In het controle-experiment (EEN, B), is de SRBW niet enthousiast. G Poederröntgendiffractie (XRD), en, (H) Raman-spectra van de ongerepte, controle (geoxideerde) en SRBW-bestraalde films MXenes met verschillende vermogens. Credit: Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-022-34699-3
Batterijen voor mobiele telefoons met een levensduur die tot drie keer langer is dan die van de huidige technologie, zouden werkelijkheid kunnen worden dankzij een innovatie onder leiding van ingenieurs van RMIT University.
In plaats van batterijen na twee of drie jaar weg te gooien, zouden we recyclebare batterijen kunnen hebben die tot negen jaar meegaan, zegt het team, door hoogfrequente geluidsgolven te gebruiken om roest te verwijderen die de prestaties van de batterij belemmert.
Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.
Slechts 10% van de gebruikte handbatterijen, ook voor mobiele telefoons, wordt ingezameld voor recycling in Australië, wat laag is naar internationale normen. De overige 90% van de batterijen belandt op de vuilnisbelt of wordt op een verkeerde manier afgevoerd, wat aanzienlijke schade aan het milieu veroorzaakt.
De hoge kosten van het recyclen van lithium en andere materialen uit batterijen vormen een grote belemmering voor het hergebruik van deze artikelen, maar de innovatie van het team zou kunnen helpen om deze uitdaging aan te gaan.
Het team werkt met een nanomateriaal genaamd MXene, een materiaalklasse waarvan ze zeggen dat het in de toekomst een opwindend alternatief voor lithium voor batterijen belooft te worden.
Leslie Yeo, Distinguished Professor of Chemical Engineering van RMIT’s School of Engineering en senior senior onderzoeker, zei dat MXene vergelijkbaar was met grafeen met een hoge elektrische geleidbaarheid.
“In tegenstelling tot grafeen zijn MXenes zeer aanpasbaar en openen ze een hele reeks mogelijke technologische toepassingen in de toekomst”, aldus Yeo.
De grote uitdaging bij het gebruik van MXene was dat het gemakkelijk roestte, waardoor de elektrische geleidbaarheid werd belemmerd en het onbruikbaar werd. naar de oorspronkelijke staat.”
De innovatie van het team zou op een dag kunnen helpen om MXene-batterijen om de paar jaar nieuw leven in te blazen, waardoor hun levensduur tot drie keer wordt verlengd, zei hij.
“Het vermogen om de houdbaarheid van MXene te verlengen is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat het kan worden gebruikt voor commercieel levensvatbare elektronische onderdelen”, aldus Yeo.
Hossein Alijani, een Ph.D. onderzoeker, met het nieuwe roestverwijderingsapparaat. Krediet: RMIT Universiteit
Hoe de innovatie werkt
Co-hoofdauteur Hossein Alijani, een Ph.D. kandidaat van RMIT’s School of Engineering, zei dat de grootste uitdaging bij het gebruik van MXene de roest was die zich op het oppervlak vormt in een vochtige omgeving of wanneer het wordt gesuspendeerd in waterige oplossingen.
“Oppervlakoxide, wat roest is, is moeilijk te verwijderen, vooral van dit materiaal, dat veel, veel dunner is dan een mensenhaar,” zei Alijani. “De huidige methoden die worden gebruikt om oxidatie te verminderen, zijn afhankelijk van de chemische coating van het materiaal, wat het gebruik van MXene in zijn oorspronkelijke vorm beperkt. In dit werk laten we zien dat het blootstellen van een geoxideerde MXene-film aan hoogfrequente trillingen gedurende slechts een minuut verwijdert de roest op de film. Met deze eenvoudige procedure kunnen de elektrische en elektrochemische prestaties worden hersteld. ”
De mogelijke toepassingen van het werk van het team
Het team zegt dat hun werk om roest van Mxene te verwijderen de deur opent voor het nanomateriaal dat kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen in energieopslag, sensoren, draadloze transmissie en milieuherstel.
Universitair hoofddocent Amgad Rezk van RMIT’s School of Engineering, een van de leidende senior onderzoekers, zei dat het vermogen om geoxideerde materialen snel te herstellen naar een bijna ongerepte staat een gamechanger vertegenwoordigde in termen van de circulaire economie.
“Materialen die in elektronica worden gebruikt, inclusief batterijen, gaan over het algemeen na twee of drie jaar gebruik achteruit als gevolg van roestvorming”, aldus Rezk. “Met onze methode kunnen we de levensduur van batterijcomponenten tot wel drie keer verlengen.”
Hoewel de innovatie veelbelovend is, moet het team samenwerken met de industrie om zijn akoestische apparaat te integreren in bestaande productiesystemen en -processen. Het team onderzoekt ook het gebruik van hun uitvinding om oxidelagen van andere materialen te verwijderen voor toepassingen in detectie en hernieuwbare energie.
“We willen graag samenwerken met industriële partners, zodat onze methode voor het verwijderen van roest kan worden opgeschaald,” zei Yeo.
Meer informatie:
Heba Ahmed et al, Herstel van geoxideerde tweedimensionale MXenen door hoogfrequente elektromechanische trillingen op nanoschaal, Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-022-34699-3
Tijdschrift informatie:
Natuurcommunicatie
Aangeboden door RMIT University
