20 年間のバッテリーのカスタマイズ

リチウム電池の性能は徐々に破られてきました

Oct 29, 2019   ページビュー:4324

シリコンアノードは、電池業界で大きな注目を集めています。グラファイトアノードを使用したリチウムイオン電池と比較して、3〜5倍の容量を提供できます。容量が大きいということは、充電するたびにバッテリーが長持ちすることを意味し、電気自動車の走行距離を大幅に伸ばすことができます。シリコンは豊富で安価ですが、Siアノードの充放電サイクルは限られています。各充放電サイクルの間に、それらの体積は大幅に拡大し、それらの静電容量さえも低下し、それは電極粒子の破壊または電極膜の層間剥離につながる。

Jang WookChoi教授とAliCoskun教授が率いるKAISTチームは、7月20日に、シリコンアノードを備えた大容量リチウムイオン電池用の分子プーリー接着剤を報告しました。

KAISTチームは、分子プーリー(ポリロタキサンと呼ばれる)をバッテリー電極バインダーに統合しました。これには、バッテリー電極にポリマーを追加して電極を金属基板に取り付けることも含まれます。ポリロタンのリングはポリマー骨格にねじ込まれ、骨格に沿って自由に動くことができます。

ポリロタンのリングは、シリコン粒子の体積変化に応じて自由に動くことができます。リングの滑りは、シリコン粒子の形状を効果的に維持できるため、連続的な体積変化プロセスで崩壊することはありません。ポリロタン接着剤の高い弾性により、粉砕されたシリコン粒子でさえ合体したままである可能性があることは注目に値します。新しい接着剤の機能は、既存の接着剤(通常は単純な線状ポリマー)の機能とはまったく対照的です。既存の接着剤は弾性が限られているため、粒子形状をしっかりと維持することができません。以前の接着剤は、粉砕された粒子を散乱させ、シリコン電極の容量を減らしたり、失ったりする可能性があります。

著者は、これが基礎研究の重要性の優れたデモンストレーションであると信じています。ポリロタキサンは昨年、「機械的結合」の概念でノーベル賞を受賞しました。 「機械的結合」は、共有結合、イオン結合、配位結合、金属結合などの古典的な化学結合に追加できる、新しく定義された概念です。長期的な基礎研究は、予想外の速度でバッテリー技術の長年の課題に徐々に取り組んでいます。著者らはまた、現在、大手バッテリーメーカーと協力して、分子プーリーを実際のバッテリー製品に統合していると述べています。

2006年ノースウェスタン大学のNobleLaureate ChemistryAwardを受賞したSirFraser Stoddart氏は、次のように述べています。「エネルギー貯蔵環境で初めて機械的結合が回復しました。KAISTチームは、スリップリングポリロタキサンと機能化α-シクロデキストリンスパイラルポリエチレンに機械的バインダーを巧みに使用しました。グリコールは、プーリー型の骨材に機械的バインダーを使用した場合に、市場に出回っているリチウムイオン電池の性能に飛躍的な進歩をもたらします。化合物は、従来の材料を1つの化学結合のみに置き換え、材料や機器の特性に大きな影響を与えます。

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