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電気自動車用の低コストで長寿命の再生可能バッテリーの鍵

リチウム硫黄電池は、電気自動車やその他の機器用の次世代の再生可能電池としての可能性を十分に発揮できていません。しかし、?SMU の機械エンジニアである Donghai Wang 氏と彼の研究チームは、これらの Li-S 電池を既存の再生可能電池よりも高いエネルギーレベルで長持ちさせる方法を発見しました。 研究チームは、Li-S電池が時間の経過とともに現れる多硫化物の溶解として知られ、寿命を縮める望ましくない副作用を引き起こすのを防ぐことに成功した。 「この画期的な進歩は、より耐久性があり、長持ちするバッテリーにつながる可能性があります」と、ブラウン財団機械工学委員長であり、SMUライル大学機械工学教授のワン氏は述べた。彼の研究は、ナノ構造機能材料の設計と合成、およびリチウムイオン電池などのエネルギー貯蔵技術、さらにはリチウムイオン技術を超えたものに焦点を当てています。 雑誌に掲載された研究 自然の持続可能性 研究チームが新たに開発したハイブリッドポリマーネットワーク正極により、リチウムイオン電池の一般的な容量が150～250mAh/gであるのに対し、Li-S電池は900mAh/g（質量1グラム当たりのミリアンペア時）を超える供給が可能であることが示されている。つまり、保存できる電気エネルギーの量がはるかに多くなります。 「また、優れたサイクル安定性も提供し、従来のリチウム硫黄電池を上回る性能を発揮します」とワン氏は述べた。 サイクル容量は、バッテリーの容量が急激に低下する前にバッテリーが充電および放電できる回数を測定します。サイクル容量が大きいほど、バッテリーの寿命が長くなります。 王氏の陰極設計を支援したのは、ペンシルベニア州立大学、パシフィック・ノースウェスト国立研究所、ブルックヘブン国立研究所、イリノイ大学シカゴ校、アルゴンヌ国立研究所の研究者たちだった。 より多くのエネルギーを供給するコスト効率の高いソリューション Li-S 電池が再生可能エネルギー源として非常に有望なのは、従来のイオンベースの充電式電池よりもコスト効率が高く、より多くのエネルギーを保持できるためです。 しかし、これらのバッテリーには重大な問題があります。 「長年にわたり、電池業界は多硫化物の溶解による悪影響を軽減するのに苦労してきました」とワン氏は述べた。 すべてのバッテリーにはプラス端子とマイナス端子があります。バッテリー内部では、これら 2 つの端子間で継続的に起こる化学反応により、バッテリーに電力が供給されます。 Li-S電池の場合、カソードと呼ばれる硫黄含有正極または端子が、アノードと呼ばれるリチウム金属負極と対になっています。これらのコンポーネントの間には電解質、つまりバッテリーの両端の間でイオンが通過できるようにする物質があります。 しかし、硫黄は電極にとって理想的な材料とは程遠いです。 リチウムイオンがカソードで硫黄原子と結合すると、可溶性ポリスルフィド分子が生成され、それが電解質中に漂流し、カソードの劣化を引き起こし、複数回の充電サイクルに耐えるバッテリーの能力が低下します。これはポリスルフィドの溶解として知られています。 Wang 氏と彼のチームは、ハイブリッド ポリマー ネットワーク カソードと呼ばれるものを使用することで、この問題を解決する方法を発見しました。 「私たちの正極は、複数の硫黄結合テザー、原子吸着、分子レベルでの高速リチウムイオン/電子輸送を使用しています」とワン氏は説明した。 「この組み合わせにより、未結合の硫黄種のリアルタイムの再結合と吸着が可能になり、可溶性多硫化物が効果的に除去され、バッテリーのサイクル寿命が延長されます。」 #電気自動車用の低コストで長寿命の再生可能バッテリーの鍵