北京大学新エネルギー材料およびデバイスグループ：リチウム電池負極の研究分野における大きな進歩

容量、安全性、安定性の面で優れたエネルギー貯蔵の利点を備えた高度なリチウムイオン電池は、人々の日常の仕事や生活に欠かせないものになっています。それらは、携帯用電子製品、電気自動車、さらには電力網のピーキングやその他の二次電力システムで広く使用されています。しかし、1990年代に広く使用されて以来、リチウムイオン電池の比容量は大幅に増加しておらず、長時間の待機時間のスマートフォン、長時間の電気自動車などの要件を満たすことがますます困難になっています。ピーク電力貯蔵用のグリッド。このジレンマの根本的な理由は、リチウム電池の電極材料容量を突破するのが難しいことです。たとえば、市販の負極材料は、理論容量が372 mAh / gの低比容量の炭素ベースの材料しか使用できません。研究によると、Si、Ge、Snなどの元素は負極として高い比容量を持っていますが、複数回使用した後の容量の急激な減衰によって制限され、実際に適用することは困難です。近年、SnO2負極材料は、その優れた環状特性で大きな注目を集めています。それらの理論容量（783 mAh / g）は、グラファイトの負極の2倍に達しました。しかし、既存のSnO2と元素負極材料は、リチウムイオン電池の電気化学的プロセス中の体積膨張のボトルネックを克服することができず、サイクル安定性はアプリケーションのニーズを満たすことが困難です。したがって、新しい高サイクル安定性/大容量のSnO2リチウム電極材料をどのように開発するかが非常に重要です。

最近、北京大学化学分子工学部の新エネルギー材料・デバイスグループ、中国科学院のシリケート研究所、ペンシルベニア大学、北京工科大学が共同で黒色二酸化スズを研究しました。独自の調製技術に基づくナノメートル。リチウム負極として1340mAh / gの可逆容量を持つこの材料は、SnO2の理論容量制限（783 mAh / g）よりもはるかに優れています。この材料は、グラフェンと配合した後、サイクル安定性と速度性能に優れています。 0.2 A / gの電流密度で100サイクル循環した後、容量は減衰せず、950 mAh / gの容量を維持します。 2A / gの大電流。 700mAh / gの容量に維持されます。

綿密で詳細な研究を通じて、研究者たちは、ユニークな新しい黒色酸化スズ材料が既存の二酸化スズとは異なり、優れた電子伝導性と豊富な酸素空孔の特性を持ち、ナノ活物質の等方性還元反応を引き起こすことに気づきました。このようにして、熱力学的で安定性の高いSnとLi2Oの均一に分散した微視的複合ナノ構造が形成され、サイクルプロセス中の金属Sn凝集の科学的問題が最終的に解決されました。研究者たちは、この特別な微視的複合ナノ構造が、エネルギー貯蔵の電気化学反応において金属スズが完全に可逆的に酸化されて二酸化スズになることを保証できることに驚いた。この現象とメカニズムは文献に報告されていません。新しい貯蔵メカニズムに基づいて、二酸化スズ負極材料の理論容量は、新しいメカニズムの元の783 mAh / gから1494mAh / gに増加しました。研究者によって発明された黒色二酸化スズは、他の新しいタイプの電気陰性材料の設計と合成のための新しいアイデアを提供し、また、大容量リチウム電気陰性材料の産業用途の価値を持っています。

研究の結果は、2017年4月21日に公開された「ArbustandCondutiveBlackTinOxideNanostructure-IonBatteriesPossible」として2017年4月21日に公開されました。国際トップサイエンスジャーナルの最初の大学院生、Dongwujie、および中国化学アカデミーの最初の大学院生科学、Xujijian（DOI：1002/2017）、および中国化学科学アカデミーは、北京大学の最初の大学院生でした。 Huangfuqiang教授はコミュニケーションの著者です。このプロジェクトは、国家の主要な基礎研究開発計画、国家自然科学財団委員会、上海市科学技術委員会、および中国科学院の主要な研究プロジェクトによってサポートされています。

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