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Jun 01, 2023

研究者が高品質を生み出す

世界は、グリーンテクノロジーがますます重視される新時代に急速に移行しています。 これらの技術は、成長する技術に対応するために、より実践的で正確な研究開発（R&D）が必要です。

世界は、グリーンテクノロジーがますます重視される新時代に急速に移行しています。 これらの技術には、エネルギー貯蔵システムに対する需要の高まりに応えるため、より実用的で正確な研究開発 (R&D) が必要です。 最近の進歩により、リチウムイオン電池の効率が向上しました。 しかし、依然として重大な欠点が残っています。 これらの課題の 1 つは、電気自動車の導入を加速するのに役立つ、より高速な充電の必要性です。

今回、ボイシ州立大学とカリフォルニア大学サンディエゴ校が率いる研究チームは、米国エネルギー省 (DOE) のアルゴンヌ国立研究所のリソースを利用して、より高速な充電を促進できるバッテリー電極用の高性能材料を作成しました。リチウム電池。 優れたストレージ容量を提供しながら、充電の高速化が期待できます。

リチウム電池がサイクルするにつれて、リチウムイオンは正極 (カソード) から負極 (アノード) に移動します。負極 (アノード) は通常グラファイトでできています。 充電速度が速いと、リチウム金属がグラファイトの表面に蓄積する傾向があります。 リチウムメッキとして知られるメッキは、バッテリーの性能を低下させ、ショート、過熱、さらには発火を引き起こす可能性があります。

研究者らは、新しい結晶構造を持つ五酸化ニオブと呼ばれる化合物を利用して、より高速な充電を実現するためのこの障害を取り除くことを目指しました。 五酸化ニオブはメッキの影響を受けにくいため、グラファイトよりも安全で耐久性が高い可能性があります。 その原子は、再構成に多くのエネルギーを必要としない多くの安定した構成に簡単に配置できます。 これは研究者にとって、電池の性能を向上させる可能性のある新しい構造を発見する機会となります。

研究のために、研究者らは電極材料として五酸化ニオブを使用したコイン電池を構築しました。 五酸化ニオブは、そもそも原子が乱雑に無秩序に配置されていました。 しかし研究チームは、セルが数回充放電されると、無秩序な構造が秩序ある結晶構造に変化することを発見した。

立方晶岩塩骨格と表現されるこの結晶構造により、充電中にリチウムイオンをアノードへより簡単かつ迅速に輸送できるようになりました。 彼らの発見は、この材料が急速充電できることを示しており、他の測定結果は、この材料が大量の電荷を蓄えることができることを示唆している。 200 mA g-1 で 400 サイクルの容量 225 mAh g-1 と 99.93% のクーロン効率という優れたサイクル安定性を示します。

材料に熱と圧力を加える従来の合成方法では、高性能の結晶性五酸化ニオブを製造することは非常に困難です。 この研究で成功裏に使用された型破りな合成アプローチ、つまりバッテリーセルの充電と放電は、他の革新的なバッテリー材料の製造にも応用できる可能性があります。 潜在的には、半導体や触媒などの他の分野での新規材料の製造もサポートできる可能性があります。

参考雑誌: