リチウム電池の負極に関する重要な進歩

リチウムイオン電池は、1990年代に大規模に使用されて以来、比容量が大幅に増加していないため、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、および電力貯蔵の要件を満たすことがますます困難になっています。グリッドピーキング。

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。 Si、Ge、Snなどの元素は負極として高い比容量を持っていることが研究で示されていますが、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/高容量の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、北京大学の化学分子工学部の新エネルギー材料およびデバイス部門は、シリケート研究所、中国科学院、ペンシルベニア大学、北京理工大学と共同で研究し、黒色二酸化スズを発明しました。独自の調製技術に基づくナノメートルの材料。リチウム負極として、この材料は1340 mAh / gの可逆容量を持ち、これはSnO2の理論容量制限（783 mAh / g）よりもはるかに優れています。この材料をグラフェンと組み合わせた後、優れたサイクル安定性と倍数性性能も示しました。 0.2 A / gの電流密度で100周循環した後、容量は減衰せず、950 mAh / gの容量を維持しました。 2A / Gの大電流で700mAh / gの容量を維持します。

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。新しい保管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、元の783 mAh / gから新しいメカニズムの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。

「ArbustandCondutiveTinOxideNanostortureutur」は、2017年4月21日にChinese Chemical Lithium-IonBatteriesPossibleの著者として、<ORGANIZATION :: 0>の最初の大学院生であるXujijianHuangfuqiangとして2017年4月21日に公開されました（DOI：10.1002 / maad.00136 ）、および北京大学科学アカデミー。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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