科学者たちはリチウムイオン電池に飛躍的な進歩を遂げ、電池は小さくなるかもしれません！

携帯電話やラップトップなどの家電製品はどれほど軽量で薄いか、そして電気自動車は限られた車体スペースでどのように走行距離を伸ばすことができるか....エネルギー貯蔵の需要が高まるにつれて。二次電池の性能もまた、ますます高い要件で提唱されてきました。ナノテクノロジーは電池を「軽く」「速く」することができますが、ナノ材料の密度が低いため、エネルギー貯蔵の分野の科学研究者にとって「より小さな」ことが問題になっています。

「硫黄テンプレート法」は、天津大学化学工学研究所の楊泉宏教授の研究チームによって提案され、国立青年科学財団の受賞者です。大量エネルギー密度のリチウムイオン電池の負極材料の設計により、グラフェンがついに完成しました。 「テーラーウェア」、リチウムイオン電池の「小型化」を可能にします。結果は1月26日に「NatureComunicaTIons」でオンラインで公開されました。

最も広く使用されている二次電池として、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高い。スズやシリコンなどの非炭素材料は、新世代の負極材料として市販のグラファイトに取って代わり、リチウムイオン電池の質量エネルギー密度（Whkg-1）を大幅に向上させることが期待されていますが、その巨大な体積膨張により、体積性能が大幅に制限されます。 。利点。カーボンナノ材料で構成されたカーボンケージ構造は、非カーボン負極材料がリチウムに埋め込まれている場合の大容量膨張の問題を解決するための主な手段であると考えられています。しかし、カーボンバッファネットワークの構築プロセスでは、予約スペースが多すぎることが多く、その結果、電極材料の密度が大幅に低下し、リチウムイオン電池の負の質量性能の開発が制限されます。したがって、カーボンケージ構造の正確なカスタマイズは、重要な学術的問題であるだけでなく、新しい高性能負極材料の工業化のための唯一の方法でもあります。

楊泉宏教授の研究チームは、清華大学、国立ナノセンター、国立材料研究所と共同で、大量エネルギー密度のリチウムイオン電池負極材料の設計に飛躍的な進歩を遂げました。グラフェンインターフェースアセンブリに基づいて、研究チームはコンパクトな多孔質カーボンケージを発明しました。正確にカスタマイズされた硫黄テンプレート技術。キャピラリー蒸発技術を使用して高密度グラフェンネットワークを構築する過程で、彼らは流動性ボリュームテンプレートとして硫黄を導入し、非炭素活性粒子用にカスタマイズされたグラフェンカーボンコートを導入しました。硫黄テンプレートの使用を調整することにより、3次元グラフェンカーボンケージ構造を正確に調整して、非炭素活性炭サイズの「適合」エンベロープを実現し、非炭素に埋め込まれたリチウムの巨大な体積膨張を効果的に緩和できます。活性粒子。リチウムイオン電池の負極として、優れた体積性能を発揮します。

硫黄テンプレート法は、「トランスフォーマー」、アモルファス、簡単な除去などの硫黄の特性を巧みに利用して、3次元グラフェン高密度ネットワークで提案されています。二酸化炭素ナノ粒子などの非カーボン活性炭粒子の密着コーティングは、カーボンケージ構造の内部で実現されています。従来の「形状」テンプレートと比較して、硫黄テンプレートの最大の利点は、プラスチック製のボリュームテンプレートの役割を果たすことができるため、コンパクトなグラフェンケージ構造により、正確で制御可能な寸法の適切な予約スペースを提供できることです。活性二酸化スズの「仕立て屋」がついに完成しました。適切な予約スペースと高密度を備えたこの炭素-非炭素複合電極材料は、非常に高い体積比容量に寄与することができ、それによってリチウムイオン電池の体積エネルギー密度を大幅に増加させ、リチウムイオン電池を小型化します。このような「テーラー服」のデザイン思想は、次世代の高エネルギーリチウムイオン電池やリチウム硫黄電池、リチウム空気電池などの電極材料の構築戦略にまで拡張することができます。

Yangquanhong教授の研究チームは、近年、デバイスの体積性能を強調するコンパクトなエネルギー貯蔵の分野で一連の重要な進歩を遂げました。グラフェンゲルの毛細管蒸発緻密化戦略を発明し、高密度の炭素材料と多孔性を解決しました。 「魚と熊のヤシは同時に得られない」というボトルネックの問題、高密度多孔質炭素材料。エネルギー貯蔵装置の小容量および大容量を追求するために、大容量エネルギー密度エネルギー貯蔵装置の設計原則は、戦略、方法、材料、電極、および装置の5つの側面から提唱されています。最終的に、大量のエネルギー貯蔵材料、電極、およびデバイスは、スーパーキャパシタ、ナトリウムイオンコンデンサ、リチウム硫黄電池、およびリチウム空気電池からリチウムイオン電池まで構築され、カーボンナノ材料の実用化の基礎を築きました。カーボンナノ材料に基づく新しい電気化学エネルギー貯蔵装置の応用が進んでいます。

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