より厚い炭素繊維強化バッテリー電極は、高密度バッテリーを可能にする可能性があります
アメリカ化学会の Nano Letters の2020年6月号に掲載されたプロジェクト ジャーナル、デラウェア大学（ニューアーク、デラウェア州、米国）の複合材料センター（CCM）の研究者は、垂直に整列した炭素繊維で強化された超厚電池電極を開発しました。 「ファイバー整列厚」または「FAT」と呼ばれる新しい電極設計は、強化された特性を示し、製造が容易に拡張可能であると言われています。
「バッテリーでは、電極は活物質（電極材料）と不活性成分（金属集電体、ポリマーバインダー、導電性マトリックスなど）で構成されています」とデラウェア大学の助教授であるKunFu博士は説明します。と研究の著者。バッテリーの比容量を向上させるには、活物質の量を増やし、不活性物質を減らす必要があると彼は言います。
デラウェア大学複合材料センターによって設計されたFAT電極には、電極の方向に整列した一方向（UD）の短い炭素繊維が、活性電極材料（LiFePO 4 ）とともに組み込まれています。 、またはリン酸鉄リチウム）を繊維の間に埋め込んだ。炭素繊維間の細孔は、電極を通る屈曲度の低いチャネルを形成し、液体電解質内での高速イオン輸送を可能にします。 「FAT電極は、整列した炭素繊維を使用して、電極材料の負荷が高く、屈曲度が低く、電気伝導率と熱伝導率が高く、圧縮特性が優れている、厚さ方向の繊維整列電極構造を構築します」とFu氏は言います。
「この場合、より厚い電極は、より高い比容量を達成するために、活物質/不活性物質の比率を大幅に増加させる可能性があります」と彼は付け加えます。 FAT電極の屈曲度が低いため、電解液の迅速な注入と電子/イオンの迅速な輸送が可能になり、従来のスラリーキャスト厚電極設計よりも高い容量保持と低い電荷移動抵抗を示します。
強化された特性とより高い容量に加えて、研究者は、製造方法が容易に拡張可能であり、水性電極インクとカットアンドロール炭素繊維膜補強を含む低コストで製造されると言います。電極を製造するために、事前に活性電極材料が充填された炭素繊維膜が円筒形に巻き上げられ、次に繊維の軸方向に垂直に切断される。研究者たちは、この方法を使用して、直径18ミリメートル、高さ55ミリメートルの電極を製造し、18650円筒形電池セルで使用できるようにしました。
次に、研究者は、整列した炭素繊維フレームワークをアノード設計、全固体電池、およびLi-SとLi-O 2 に適用することを計画しています。 バッテリー、Fu氏によると、潜在的な用途には、電気自動車、電子機器、またはグリッドエネルギー貯蔵用のバッテリーが含まれます。
調査にアクセスするには、 Nano Letters にアクセスしてください。 デジタル出版。
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