電池電極-材料と屈曲度

電解質が充填された電極とセパレーターのイオン抵抗は、リチウムイオン電池が最大充電率でどれだけうまく機能するかを決定します。透磁率と屈曲性は、多孔質電池コンポーネントの漏れ電流を理解してシミュレートするために不可欠です。

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電極の機能的イオン抵抗に合わせて使用できる変換デバイス。これにより、多孔性に依存するMacMullin統計と、さまざまな活性物質および高導電性含有量の電極の屈曲度を測定できます。バッテリーベースのモデルは、実験ではアクセスできない、または部分的にしかアクセスできないバッテリーのダイナミクスと輸送特性に関する洞察を提供することもできます。これらは、リチウムイオンバッテリーの効率、セキュリティ、および日常の存在を評価するための便利なツールです。適切な物理モデルと境界条件の選択、および付随する正確に定義された動的な輸送パラメータは、定性的および推定された事実上の発見を得るための重要な懸念事項です。以下の記事では、電池の電極材料と屈曲度に関するすべての知識を得ることができます

電池電極材料

最新のカソードは、最初の酸化物材料またはリン酸塩で構成されています。グラファイトまたは電解質複合体Li4Ti5O12でできているアノードは、選択肢が少なくなります。これらの材料は軽量で、比較的高い能力と高い電力密度を備えており、全体的にうまく機能します。

1）カソード

発見された最初のインターカレーション酸化物カソードであるLiCoO2は、現在、民生用技術の電池に使用されています。この組み合わせのスタッキングは-NaFeO2（空間群R3-m）であり、さまざまな厚さで八面体の位置を保持する金属錯体とリチウムイオンを含む酸素アレイを支援できる立方体のリソースで構成されています。

半分のリチウム電池では、LiCoO2の予想されるプロファイルがますます傾斜しており、リチウムの約半分がLi / Li +に対して4.2V未満で抽出される可能性があり、その結果、比容量は140 mAh / gになります。充電電圧の制限を上げることでより高い効率を達成できますが、強く脱リチウム化されたLixCoO2分子の構造的破損と永久的な電解質の酸化により、サイクル寿命が損なわれます7。研究者は、リソースの制約、Coの高コスト、および高電力密度の要件のために、追加の層状酸化物材料を検討しました。その低い電力密度にもかかわらず、LiFePO4電極の安全特性はいくつかの輸送用途にアピールします。加熱されると、帯電した材料であるFePO4は酸素を放出しませんが、代わりに同じ構造の電気化学的に中性の石英構造に変化します。

2）アノード

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現在、市販されているアノード材料は、カーボンベース（一次グラファイト）と酸化物スピネルLi4Ti5O12の2つだけです。比較的複雑度の低い電極を使用することで、充電式電池でのリチウムアノードの使用を妨げてきたサイクルと安定性の問題を克服します。リチウムニューロンは、通常の操作や損傷の状況ではグラファイトアノード上で発達せず、これらのバッテリーは効果的に循環させることができます。

フィルタリング、粒子形態の改善、および電解質添加剤の使用により、非効率性が大幅に減少しました。その結果、最新のリチウムイオン電池の初期の修復不可能な容量はわずか数パーセントです。カソードからの溶解金属の堆積または動作中の極端な温度変動は、SEIを不安定にする可能性があり、その再形成と循環可能なイオンの追加の損失を必要とします。

リチウムイオン電池は、グラフェン構造を含むが維持のための長期戦略を欠いている非黒鉛炭素にも関心があります。リチウムはグラファイトよりも高い可能性でこれらの物質に挿入され、ステージングはありません。一部のタイプの機能不全カーボン（ハードカーボンなど）の修復不可能な能力は、グラフェンシートよりもはるかに高いことがよくありますが、一部のタイプの破壊されたカーボン（ハードカーボンなど）のSEIは損傷を受けにくいため、金属の崩壊が懸念される酸化マンガンスピネルカソード。無秩序な炭素の電気化学的特性（電圧プロファイルの形状と容量）は、複雑さによって大きく異なります。

バッテリーの電極とは何ですか？

電極は、特に回路の非金属部品と接触する導電体です。バッテリーの電極は、電気接続を電解液にリンクします。陰極は正極の電極であり、陽極は負極の電極です。各電子は分極しているため、カソードは負に引き付けられ、アノードは電解質と出会う場所で正に引き付けられます。

電極で化学プロセスが発生し、バッテリーの放電または充電時に電流が流れます。カソードでは、原子が電子を獲得し、溶液中にイオンと呼ばれる負に帯電したイオンを生成する還元反応が発生します。アノードは酸化反応が発生する場所であり、原子は電子をあきらめて陽イオンと呼ばれる正電荷を生成します。

バッテリーが充電と放電であるかどうかに応じて、これらの代替の意味により、アノードとカソードが逆になります。ただし、バッテリーのコンポーネントを参照する場合、電極は通常、消耗時の機能によって参照されます。

その結果、放電時にカソードとして機能する電極は、再充電時にアノードとして機能しますが、常にバッテリーのカソードとして暗示されます。同様に、充電中にカソードになることもできますが、放電後にアノードとして機能する電極は、その命名法のままです。電流がバッテリーを通過すると、電気回路に接触する電極の端の接続に自由電子が出入りします。ワイヤーのもう一方の端の電解液にイオン雲が発生します。

電極の屈曲度とは何ですか？

多孔質電池電極の屈曲係数は、電極の微細構造を効率に関連付ける数値モデリングの重要な指標です。結果として、屈曲度変数を正確に決定する方法を持つことが不可欠です。この作品は、数値的に生成された微細構造画像のシミュレーションデータに基づいて2つの標準的な実験手順を比較するための数値的方法を提案します。電極の特性評価に使用すると、従来の「フロースルー」タイプの屈曲成分のいくつかの本質的な欠陥が強調されます。

その結果、「フロースルー」タイプの屈曲係数よりも多孔質電極にとって重要な輸送メカニズムを表す「電極屈曲成分」が開発されました。シミュレーションの結果は、実際の電極機能における非浸透性（「行き止まり」）の細孔の重要性を浮き彫りにしています。これは、電気化学モデラーが慎重に検討する必要がある電極設計を最適化するための実際の結果です。 3Dイメージング技術は、屈曲度成分を決定するための電気化学的アプローチに加えて、ナノテクノロジーでこれらの多孔質電極の形状を取得するために利用できます。スキャンされたボリュームがセルとは対照的に無視できる場合でも、それが細孔特性に関して重要である場合、データを利用して、電極全体を示す平均的な形態学的測定値を導き出すことができます。

結論

上記の記事では、電極電池に関連するすべてのもの、電極電池、カソード、およびアノードに使用される材料について説明しました。バッテリーの電極とその用途について説明し、最後に、電極の屈曲度について説明します。電極電池と屈曲度に関する記事を今すぐ読んで、疑問をすべて解消してください。