将来のバッテリーのためのスズナノ結晶
リチウムイオン充電式バッテリー
Li-Ion（Lithium-Ion）バッテリーは、携帯用電子機器で最も一般的な充電式バッテリーです。リチウムイオン電池は、他のタイプの充電式電池と比較して、最高のエネルギー密度の1つであり、メモリー効果がなく、使用していないときの充電損失が遅く、遊離リチウム金属がないため環境に安全です。充電式リチウムイオン電池は、小さなスペースに大量のエネルギーを蓄えるために最適なコンパクトで軽量な記憶媒体です。電気自動車、電動自転車、スマートフォン、ラップトップに電力を供給します。世界的に研究者たちは現在、性能が向上した新世代のそのような電池を開発しているところです。最近のほとんどのリチウムイオン電池では、プラス極は遷移金属酸化物であるコバルト、ニッケル、マンガン、グラファイトのマイナス極で構成されています。ただし、次世代のより強力なリチウムイオン電池では、マイナス極にスズやシリコンなどの元素が使用される可能性があります。
ナノマテリアルベースのリチウムイオン電池
ETHチューリッヒとエンパの無機化学研究所の研究者たちは、ナノマテリアルベースのリチウムイオン電池を開発しました。
構造
ナノマテリアルは、バッテリーのアノードとして小さなスズの結晶を持っています。充電中、リチウムイオンはこの電極で吸収され、放電中に再び放出されます。より多くのリチウムイオンを使用すると、電極が吸収および放出できるため、より多くのエネルギーをバッテリーに蓄えることができます。ここで、各スズ原子は少なくとも4つのリチウムイオンを吸収できますが、体積が変化します。スズ電極では、多くのリチウムイオンを吸収することでスズの結晶が最大3倍大きくなり、放出されると再び収縮します。これは研究者にとっての課題です。電極がコンパクトなスズブロックでできていれば、これは事実上不可能です。この欠点を克服するために、研究者はナノテクノロジーを使用して、最も小さく均一なスズナノ結晶を生成し、それらの多くを多孔質で導電性の透過性カーボンマトリックスに埋め込みます。
理想的なサイズと均一性を備えたナノ材料の開発中、研究者は小さな結晶核の形成とその後の成長の間に、成長段階の時間と温度に影響を与えることによって2つのステップに従います。
将来の開発
電極に最適なカーボンマトリックスと結合剤を選択し、電極の理想的な微視的構造と、リチウムイオンが2つの極の間を行き来できる最適で安定した電解質液体を使用します。研究者は、エネルギー貯蔵容量と寿命が向上した電極製造に適した費用効果の高い母材を製造できると考えています。
ナノマテリアル