根据堪萨斯州立大学的机械工程研究，更好的手机和其他可充电电子设备的关键可能在于由纳米片制成的微小“三明治”。
机械和核工程助理教授Gurpreet Singh及其研究团队正在改进可充电锂离子电池。该团队专注于二硫化钼或MoS2片材的锂循环，Singh将其描述为两个硫原子之间的一个钼原子的“三明治”。
在最新的研究中，该团队发现碳氮化硅包裹的二硫化钼薄板作为电池电极具有更高的稳定性，几乎没有容量衰减。
该研究结果发表在Nature的科学报告中，文章“聚合物衍生的陶瓷功能化MoS2复合纸作为稳定的锂离子电池电极”。其他堪萨斯州立大学的研究人员包括机械工程博士生Lamuel David; 乌拉尔巴雷拉，机械工程高级，奥拉西; 和Romil Bhandavat，2013年机械工程博士研究生。
在最新的出版物中，辛格的研究小组观察到，二硫化钼薄片储存的锂(或电荷)是先前研究中报道的大量二硫化钼的两倍多。研究人员还发现，这些薄板的高锂容量不会持续很长时间，并且在五次充电循环后会下降。
“这种行为类似于锂硫型电池，它使用硫作为其电极之一，”辛格说。“众所周知，硫磺会形成溶解在电池有机电解质中的中间体多硫化物，导致容量褪色。我们认为二硫化钼片中观察到的容量下降也是由于硫在电解液中的损失。”
为了减少硫基产品溶解到电解液中，研究人员将二硫化钼薄片包裹在一层称为碳氮化硅或SiCN的陶瓷层中。Singh说，陶瓷是一种高温玻璃状材料，通过加热液态硅基聚合物制备，对液体电解质具有更高的耐化学性。
“硅碳氮化物包裹的二硫化钼薄板显示出锂离子的稳定循环，无论电池电极是采用铜箔传统方法，还是作为可弯曲电池中的自支撑柔性纸，”辛格说。
在反应结束后，研究小组还在电子显微镜下对细胞进行了解剖和观察，这证明碳氮化硅可以防止液体有机电解质的机械和化学降解。
辛格和他的团队现在希望更好地了解二硫化钼电池在日常电子设备中的表现 - 例如手机 - 可以充电数百次。研究人员将继续在充电循环期间测试二硫化钼电池，以获得更多数据进行分析，并更好地了解如何改进可充电电池。
Singh团队的其他研究可能有助于改善航空航天和国防的高温涂层。工程师正在开发一种涂层材料来保护电极材料免受恶劣条件的影响，例如涡轮叶片和受到高温的金属。
该研究发表在“物理化学杂志”上。研究人员表明，当碳氮化硅和氮化硼纳米片结合使用时，它们具有高温稳定性和改善的导电性。此外，这些碳氮化硅/氮化硼纳米片是更好的电池电极，辛格说。
“这非常令人惊讶，因为硅碳氮化物和氮化硼都是绝缘体，对锂离子的可逆容量很小，”辛格说。“进一步的分析表明，由于碳氮化物陶瓷相中存在被称为”游离碳“的碳原子渗透网络，导电性得到改善。这种情况只有在氮化硅片加入到碳氮化硅前体中时才会发生。实现了固化前的液态聚合物相。