充電式バッテリー容量の寿命に対する新しいネガティブマテリアルの影響は何ですか

日本材料研究所（NIMS）のチームは、酸化マンガンナノ粒子とグラフェンの交互材料の合成に成功しました。リチウム・ナトリウム二次電池の負極材として、電池の充放電容量を2倍以上に増やし、寿命を延ばすことができ、容量や寿命が得られないという問題を解決します。

高静電容量は二次電池の目標の1つです。現在、負極は炭素材料を使用しています。理論的には、遷移金属酸化物は容量が大きく、炭素材料の代替品となることが期待されています。特に、層状構造の酸化マンガンは、単一分子の厚さのナノメートルシートに剥ぎ取られます。負極として使用され、表面はすべてアクティブであるため、容量を大幅に増やすことができます。ただし、酸化マンガンの難しさは、充電と放電を繰り返すと構造が簡単に破壊される可能性があり、ナノメートルも凝縮してクラスターになりやすいことです。

チームは、酸化マンガンナノ粒子を溶液に分散させ、それらをグラフェンと混合して、積層複合材料の複数の層を合成しました。酸化マンガンとグラフェンはどちらも負に帯電しており、通常は互いに反発します。チームは、早くも2015年に化学修飾グラフェンを使用して正に帯電させました。これにより、拒絶反応の問題が解決され、当時の金属酸化物負極材料の最大容量と最大寿命が達成されました。

今回は、分子レベルで2つの物質を組み合わせることで、個々の材料では実現が難しい高い特性が得られます。複合材料は、バッテリーの充電に使用されるだけでなく、スーパーキャパシターや電極触媒などのエネルギー貯蔵および変換システムの性能を大幅に向上させることもできます。

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