温度が氷点下に下がると、リチウムイオン電池はそれほど多くの電荷を保持できなくなるため、再充電がうまくいきません。 中国のJiaotong大学の研究者は、これらのデバイスの従来のグラファイトアノードを「でこぼこした」炭素ベースの材料に置き換えることで、この問題を克服したと述べています。 新しい構造は、充電可能な貯蔵容量を-20°Cまで維持し、高高度で見られるような寒冷環境、航空宇宙用途、深海探査、およびその他の電気自動車で使用できるようにします。極端な条件で作業する必要があります。

リチウムイオン電池は、携帯電話から電気自動車まで幅広い用途に使用されています。 これらのデバイスは、大容量と高エネルギー密度を備えているため、大量の電荷を非常に迅速に蓄積できます。 充電中、リチウムイオンは電解質を介してカソードからアノードに移動します。電解質は通常、液体有機溶媒に溶解したリチウム塩から作られます。 ただし、摂氏XNUMX度に近い温度では、これらのデバイスのアノードは電荷を転送できない可能性があります。これは、深刻な容量低下として知られる現象です。

変更されたアノード表面構造

研究者は最近、リチウムイオン電池のアノードでのグラファイトの平坦な配向が、低温での電池のエネルギー貯蔵容量を減少させる原因であることを発見しました。 新作では、 王X  of 上海交通大学物理工学部 & ヤオ・ジャンニアン 北京分子科学国家実験室 したがって、電極内のエネルギー伝達プロセスを改善するために、このアノードの表面構造を変更することを選択しました。

彼らの新しい「でこぼこの」材料を作るために、Wang、Yaoらは、ZIF-67と呼ばれるコバルト含有ゼオライト材料を高温で加熱することから始めました。 これにより、ボウルのように正の曲率を持つ12面のカーボンナノスフェアでできた表面が作成されます。 この材料の可逆容量（多くのサイクル後のバッテリー容量の測定値）は、-624°Cで20 mAh / gであり、これは室温のエネルギー容量の85.9％に相当します。 -35°Cでも、160サイクル後も可逆容量は200mAh/gのままでした。

リチウムイオン電池の用途範囲を拡大

研究者の計算により、新しくでこぼこした表面は、非共面のspを占める電荷の局所的な蓄積のおかげで、事実上、低温でのLiイオンアノードの緩慢な挙動を目覚めさせることが明らかになりました。² 混成軌道。 これらの蓄積された電荷は、電荷移動プロセスを容易にします。

「この作業により、低温でのリチウムイオン電池の用途範囲が広がる可能性があります」とWang氏は言います。 「理論的な観点からは、Liの低温性能の間に橋を架けるというアイデアがあります。⁺ 電子構造を介したストレージとその形状。これにより、高度な電極材料の新しい研究の道が開かれる可能性があります」と彼は語っています。 物理学の世界.

研究者たちは、新しいアノードが最適化されているとはほど遠いこと、そしてまだ解決されていない多くの未知数があることを認めています。 「もちろん、この作業の実用性をさらに拡大するために、他の研究所からの協力を求めています」とWang氏は言います。

彼らはで彼らの研究を詳述します ACSセント。 科学.