カーボンナノチューブはリチウムイオン電池に革命を起こす可能性がある、と研究者らは述べた

リチウムイオン電池は、携帯電話から電気自動車まで、今や主要なエネルギー貯蔵装置になっています。現在、研究はそれらをより環境に優しく、力を与える方法を示しています。米国のクレムソン大学のインドの科学者チームは、カーボンナノチューブを使用して、従来のバッテリーに有毒な有機溶媒を使用する必要をなくしました。

「リチウムイオン電池の電極は、伝統的にN-メチルピロリドンまたはNMPと呼ばれる有機溶媒を使用して作られてきました。NMPは電池材料でコーティングされたアルミホイルとの互換性が高いため使用されます」とACSオメガの筆頭著者であるラクシュマンベントラグラダは説明しました。 「NMPは高価で毒性があります。実際、各製造ユニットは通常、NMPの回収に100万ドル以上かかる溶剤回収システムを使用しています。私たちの目標は、NMPを水に置き換え、より優れたバッテリー性能を実現することです。」

以前は水を溶剤として使用していましたが、表面張力が高いため、乾いたときに電池の電極が下部のアルミホイルから分離することがよくあります。チームは、垂直に配置されたカーボンナノチューブフォレスト（シリンダーに巻かれた原子の厚いカーボン）を使用してアルミホイルをコーティングし、海綿状の毛細管現象を実現しました。

ナノチューブの森

「カーボンナノチューブの森の長さはわずか10〜30ミクロンで、アルミニウム上に垂直に配置できます。特殊なカーリング化学蒸着プロセスを使用して、低温でアルミホイル上にカーボンナノチューブを直接成長させることができます」と助教授のラマクリシュナポディラ教授は説明します。クレムソン大学の物理学の学位、および対応する論文の著者。ナノチューブはアルミニウムにスプレーすることもできます。これらのナノチューブコーティングされたアルミホイルは、溶媒を水に置き換える以外に既存の機器に変更を加える必要がないため、既存のリチウムイオン電池製造ユニットに直接統合できます。 「」

次に、チームは、リン酸鉄リチウムまたはLFPと呼ばれるリチウム活物質を使用して、水中の接着剤と混合し、カーボンナノチューブでコーティングされたアルミホイル上にバッテリー電極を作成しました。接着剤は、活物質が下のホイルにしっかりと接着するのを助けます。

バッテリーの電力と電力

充電中、リチウムイオン電池は、片側のリチウム活物質からリチウムイオンを送信し、反対側のグラファイト電極にトラップします。放電中、リチウムイオンはグラファイトを離れ、携帯電話やラップトップなどのリチウムイオン活物質電源装置に戻ります。バッテリーの性能は、エネルギーとエネルギーの2つで測定されます。

エネルギーは、バッテリーが耐えることができる電気の総量、つまり捕捉されたリチウムイオンの量に比例し、電力は、リチウムイオンがバッテリー内で伝達される速度に関連します。時間の必要性は、高電力および高エネルギーのバッテリーです。

高い放電率

従来のリチウムイオン電池では、高出力の急速充電により電極が加熱され、ポリマーバインダーが破壊されるため、リチウム活物質がアルミホイルに付着しやすくなります。これは、バッテリー障害の最も一般的なモードの1つであり、バッテリーの総エネルギーを損なうことなく高電力を達成することはできません。しかし、チームの新しいバッテリーは、高エネルギー（600mA / gまたは15分間で500回）に耐えることができ、少なくとも35〜50％高いエネルギー密度を備えています。

「ナノチューブへのスケーラブルなアプローチにより、コストが大幅に削減されました。さらに、水を使用して環境にやさしくしています。カーボンは軽いため、バッテリーの品質を向上させることはありません」とPodila氏は述べています。将来的にはより安くてより良いリチウムイオン電池。」

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