07 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) AI とヘルスケアの未来的な進歩は、テクノロジーの祭典コンシューマー エレクトロニクス ショー (CES) 2024 で脚光を浴びました。しかし、バッテリー技術はこれらのイノベーションの中心にある革新的なものであり、電力効率の向上を可能にします。重要なのは、この技術が最も集中的に適用されているのは電気自動車だということです。現在のEVは700回の充電で約1,000km走行できるが、研究者らはバッテリーでの航続距離XNUMXkmを目指している。研究者らは、高い貯蔵容量で知られるシリコンをEV用リチウムイオン電池の負極材料として使用することを熱心に研究している。しかし、その可能性にもかかわらず、シリコンの実用化は未だに研究者たちが懸命に取り組んでいるパズルのままです。浦項科学技術大学 (POSTECH) の化学科の Soojin Park 教授、博士課程の Minjun Je 博士、Hye Bin Son 博士が登場します。彼らは暗号を解読し、マイクロシリコン粒子とゲルポリマー電解質を使用した、ポケットに優しく堅牢な次世代の高エネルギー密度リチウムイオン電池システムを開発しました。この作品が掲載されたのは、 先端科学 (「安定かつ高エネルギー密度のシリコン微粒子アノードのための電子ビーム誘起共有結合の形成」).
電子ビームプロセスによるマイクロシリコンとゲル電解質間の共有結合形成。 (画像: POSTECH) シリコンを電池材料として採用すると、充電中に 10 倍以上膨張し、放電中に元のサイズに戻るため、電池効率に大きな影響を与えるという課題があります。ナノサイズのシリコンを活用（XNUMX-9 m) 部分的には問題に対処していますが、高度な製造プロセスは複雑で天文学的な費用がかかるため、予算案が難しくなります。対照的に、マイクロサイズのシリコン（10-6m ) はコストとエネルギー密度の点で非常に実用的です。しかし、より大きなシリコン粒子の膨張の問題は電池動作中により顕著になり、アノード材料としての使用に制限が生じます。研究チームはゲルポリマー電解質を応用して、経済的でありながら安定したシリコンベースのバッテリーシステムを開発しました。リチウムイオン電池内の電解質は、カソードとアノード間のイオンの移動を促進する重要なコンポーネントです。従来の液体電解質とは異なり、ゲル電解質は固体またはゲルの状態で存在し、液体電解質よりも優れた安定性を有する弾性ポリマー構造を特徴とします。研究チームは電子ビームを利用して、マイクロシリコン粒子とゲル電解質の間に共有結合を形成しました。これらの共有結合は、リチウムイオン電池の動作中の体積膨張によって引き起こされる内部応力を分散する役割を果たし、マイクロシリコンの体積の変化を緩和し、構造の安定性を高めます。その結果は注目に値するものでした。この電池は、従来のナノシリコン負極に使用されるものよりも 5 倍大きいマイクロシリコン粒子 (40μm) を使用しても、安定した性能を示しました。さらに、研究チームが開発したシリコンゲル電解質システムは、液体電解質を用いた従来の電池と同様のイオン伝導性を示し、エネルギー密度が約XNUMX％向上した。さらに、このチームのシステムは、すぐに適用できる簡単な製造プロセスにより、大きな価値を持っています。 Soojin Park 教授は次のように強調しました。「マイクロシリコン陽極を使用しましたが、安定した電池が得られます。この研究により、私たちは本物の高エネルギー密度リチウムイオン電池システムに近づくことができます。」
電子ビームプロセスによるマイクロシリコンとゲル電解質間の共有結合形成。 (画像: POSTECH) シリコンを電池材料として採用すると、充電中に 10 倍以上膨張し、放電中に元のサイズに戻るため、電池効率に大きな影響を与えるという課題があります。ナノサイズのシリコンを活用（XNUMX-9 m) 部分的には問題に対処していますが、高度な製造プロセスは複雑で天文学的な費用がかかるため、予算案が難しくなります。対照的に、マイクロサイズのシリコン（10-6m ) はコストとエネルギー密度の点で非常に実用的です。しかし、より大きなシリコン粒子の膨張の問題は電池動作中により顕著になり、アノード材料としての使用に制限が生じます。研究チームはゲルポリマー電解質を応用して、経済的でありながら安定したシリコンベースのバッテリーシステムを開発しました。リチウムイオン電池内の電解質は、カソードとアノード間のイオンの移動を促進する重要なコンポーネントです。従来の液体電解質とは異なり、ゲル電解質は固体またはゲルの状態で存在し、液体電解質よりも優れた安定性を有する弾性ポリマー構造を特徴とします。研究チームは電子ビームを利用して、マイクロシリコン粒子とゲル電解質の間に共有結合を形成しました。これらの共有結合は、リチウムイオン電池の動作中の体積膨張によって引き起こされる内部応力を分散する役割を果たし、マイクロシリコンの体積の変化を緩和し、構造の安定性を高めます。その結果は注目に値するものでした。この電池は、従来のナノシリコン負極に使用されるものよりも 5 倍大きいマイクロシリコン粒子 (40μm) を使用しても、安定した性能を示しました。さらに、研究チームが開発したシリコンゲル電解質システムは、液体電解質を用いた従来の電池と同様のイオン伝導性を示し、エネルギー密度が約XNUMX％向上した。さらに、このチームのシステムは、すぐに適用できる簡単な製造プロセスにより、大きな価値を持っています。 Soojin Park 教授は次のように強調しました。「マイクロシリコン陽極を使用しましたが、安定した電池が得られます。この研究により、私たちは本物の高エネルギー密度リチウムイオン電池システムに近づくことができます。」
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64611.php
