グラフェンとバッテリー

バッテリー技術は急速に進化しており、数十もの競合する代替化学物質がリチウムイオンバッテリーの優位性に挑戦しています

グラフェンは、その高い電気伝導率と熱伝導率により、電池に使用するのに有望な材料です。スウォンジー大学の研究者らが武漢理工大学および深セン大学と協力して行った最近の発見は、リチウムイオン電池でのグラフェンの使用への道を切り開き、グラフェンを含む代替化学物質よりも有力な電池技術としてリチウムイオン電池を維持するのに役立つ可能性がある。 -ベースのバッテリー。

Nature Chemical Engineering に掲載された研究者らの出版物では、商業規模で欠陥のないグラフェン箔を製造するための最初の成功したプロトコルが詳しく説明されています。この方法を使用すると、メートルからキロメートルまでの長さのグラフェン箔を作成できます。大量生産向けに設計されていない実験室環境で、彼らは長さ 200 メートル、厚さ 17 マイクロメートルのグラフェン フォイルを作成することに成功しました。このフォイルは耐久性も高く、100,000回以上曲げられた後でも高い導電性を維持することが実証されており、フレキシブルエレクトロニクス、工業製造、および強力な電流を流すためにグラフェンが使用されるその他の用途での使用に適しています。

研究者らが研究で焦点を当てた応用は、リチウムイオン電池の集電体としてのグラフェン箔の使用です。リチウムイオンバッテリーは、熱暴走と呼ばれる重要なリスクに対して脆弱です。熱暴走は、バッテリーの一部に過度の熱が蓄積すると発生し、危険な火災や爆発を伴うバッテリー故障につながります。この問題は、多くの研究者や電池会社がリチウムイオンを超えてナトリウムイオンなどの代替化学物質に注目している主な理由の 1 つです。ゲル電解質など、多くの代替ソリューションが検討されています。

熱暴走は主に、最も電力が集中するバッテリーの集電体で発生します。現在のリチウムイオン電池では、集電体は通常アルミニウムまたは銅でできています。研究によって開発されたグラフェン箔を備えたグラフェン集電体は、1,400.8 W m−1 K−1もの高い熱伝導率を示すことができます。参考までに、これは銅およびアルミニウムベースの集電体よりもほぼ 10 倍高いです。

グラフェンフォイルは非常に速い熱放散を示すため、電流が流れているときに局所的に熱が集中するリスクが排除されます。これにより、バッテリーの故障や火災の危険性の伝播につながる重要なステップであるアルミノテルミック反応や水素発生反応のリスクが排除されます。

「当社の高密度で整列したグラフェン構造は、可燃性ガスの生成に対する堅牢なバリアを提供し、バッテリーセルへの酸素の浸透を防ぎます。これは致命的な故障を回避するために重要です。」

Jinlong Yang 博士、共同主著者

おそらくもっと重要なことは、この方法がグラフェン フォイルの大量生産に導入可能であることがすでに証明されていることです。そのため、既存の電池製造プロセスにすぐに組み込むことができます。

「これはバッテリー技術にとって重要な前進です。当社の方法により、商用電池の製造に容易に組み込むことができる規模と品質でグラフェン集電体の製造が可能になります。これにより、熱を効率的に管理することでバッテリーの安全性が向上するだけでなく、エネルギー密度と寿命も向上します。」

Rui Tan 博士、共同主著者

研究者らはすでにグラフェンフォイルの厚さを減らし、その機械的特性をさらに高める方法を検討している。彼らはまた、スウォンジー大学の別の研究チームと共同で、グラフェン箔がより優れたフロー電池やナトリウムイオン電池の設計にどのように役立つかについても検討している。セリーナ・マルゴドンナのリーダーシップ。

以前、樹枝状結晶の成長による電池故障のリスクを排除するハニカム型リチウムイオン電池について説明しました。グラフェン箔のおかげで熱暴走も抑制できれば、リチウムイオン電池の安全性と耐久性が現行バージョンよりもはるかに高くなる可能性があります。

これは全体的に、バッテリー技術の 1 つのニッチ領域におけるほとんどのイノベーションのパターンを踏襲しており、他の設計でも使用できるため、業界の急速な進歩に貢献しています。

(バッテリー技術の詳細については、「モビリティの未来 – バッテリー技術」および「エネルギー貯蔵の未来 – 実用規模のバッテリー技術」の記事でもご覧いただけます。)

以上がグラフェンとバッテリーの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。