アメリカの科学者は、自己修復技術を使用して、より長寿命のリチウムイオン電池を製造しています

イリノイ大学（イリノイ大学）; UI）研究者は、リチウムイオン電池に自己修復技術を適用できる方法が、信頼性が高く、より長持ちする電池を作成することが期待されることを発見しました。

研究者たちは、バッテリーのマイナス側にシリコンナノ粒子複合材料を使用し、新しい方法で複合材料を結合する新しいタイプのバッテリーを開発しました。これは、シリコンセルに固有の問題です。

イリノイ大学の材料科学と工学の教授であるナンシーソットスと航空宇宙工学の教授であるスコットホワイトは、研究チームを率いて、Journal of AdvancedEnergyMaterialsに研究を発表しました。

イリノイ大学の材料科学および工学の教授であるナンシーソットスと航空宇宙工学の教授であるスコットホワイトは、研究チームを率いて、バッテリーアノードに使用でき、より多くのものを作成するために使用されることが期待されるシリコンナノ粒子を開発しました。信頼性が高く長時間作用するバッテリー。

「自己修復材料の場合、この研究はエネルギーを蓄える材料に適用できるため、まったく新しいものです」とホワイト氏は述べています。 「これはまったく異なるタイプのターゲットです。構造性能を回復するだけでなく、エネルギー貯蔵を回復する能力もあります。」

ポータブルデバイスや電気自動車に電力を供給するために使用されるリチウムイオン電池の内部では、負に帯電した電極またはアノードは通常、グラファイト粒子複合材料でできています。これらのバッテリーは正常に動作しますが、装着に時間がかかり、時間が経つにつれて充電時間は新しいバッテリーと同じになります。

「シリコンは非常に大容量であり、この大容量によりバッテリーからより多くのエネルギーを得ることができますが、バッテリーサイクルとその自家受粉のために、それはまた多くの膨張を経験します。」

過去の研究では、ナノメートルサイズのシリコン粒子で作られたバッテリーアノードは分解しにくいことがわかっていますが、他にも問題があります。

「シリコン粒子がバインダーから離れ始めるため、バッテリーは1、2、3回連続して充電および放電され、最終的な容量が失われます」とWhite氏は述べています。 「」

この問題を解決するために、研究チームはシリコンアノードにそれ自体を修復する機能を与えることによってシリコンアノードをさらに改善しました。この自己修復現象は、シリコンナノ粒子とポリマー接着剤の間の可逆的な化学結合によって発生します。

「この動的再結合プロセスは、本質的にシリコン粒子をポリマー接着剤と一緒に保持し、電極の長期性能を大幅に改善します」とソットス氏は述べています。

研究者らは、可逆化学結合を使用しない新しいバッテリーをテストし、400回の充電サイクル後でも初期容量の80％を維持できることを発見しました。

これらのバッテリーはエネルギー密度も高いため、同じサイズのグラファイトアノードバッテリーよりも多くの電力を蓄えます。

「エネルギー密度が高いほど良い。別の選択肢はバッテリーを追加することであるが、これは特に電気自動車がそのような問題に直面しているため、かなりの重量を追加する」とソットス氏は述べた。

将来の研究には、この自己修復技術が全固体電池でどのように機能するかを調べることが含まれると研究者らは述べた。科学者たちは、リチウムイオン電池の液体が自然発火したり、爆発したりする最近の事故で、この方向に目を向けるよう促されています。

この研究プロジェクトは、米国エネルギー省の科学および基礎エネルギー科学局によって資金提供されている高度なエネルギー研究センターである電気化学エネルギー科学センターによって後援されています。

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