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탄소 필러로 고에너지 리튬 이온 배터리 개선

2021-07-22


확장 가능한 에너지 저장 시스템을 위한 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)가 있는 두꺼운 전극. 크레딧: Zhengyu Ju 및 Guihua Yu

 

리튬이온 배터리는 전기자동차뿐만 아니라 많은 휴대용 기기의 주요 재충전 가능한 전원이지만 가역적인 에너지 저장과 동시에 높은 출력을 제공하지 못하기 때문에 그 사용이 제한적입니다. Applied Physics Reviews에 보고된 연구는 전도성 필러를 포함하면 배터리 성능이 어떻게 향상되는지 보여줌으로써 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다.

 

최적의 배터리 설계는 두꺼운전극구조. 이것은 향상에너지 밀도, but the design suffers from poor lithium-ion transport, a key step in the functioning of these 전극s. Various improvement techniques have been tried, including building vertically aligned channels or creating pores of the proper size to facilitate transport of the lithium ions.

 

또 다른 접근 방식은 전기를 전도하는 탄소로 만든 충전제를 사용하는 것입니다. 이 연구에서는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 그래핀 나노시트 및 석유 전구체의 산화 과정에서 생성되는 카본 블랙 입자의 일종인 Super P로 알려진 물질의 세 가지 유형의 충전제를 고려했습니다. Super P는 가장 일반적으로 사용되는 전도성 필러입니다.리튬 이온 배터리.

 

The fillers were added to a type of 전극 material known as NCM that contains nickel, cobalt, and manganese. The investigators examined the resulting composites with scanning electron microscopy. The Super P and NCM particles were found to be arranged in a point-to-point contact mode.

 

그러나 SWCNT는 NCM 입자 주위를 감싸서 전도성 코팅을 형성했습니다. 또한 NCM 입자 사이의 공간에서 상호 연결된 SWCNT의 네트워크가 관찰되었습니다. NS그래핀 나노시트 were also wrapped around the NCM 전극 particles but not as uniformly as the SWCNTs were.

 

The SWCNTs were found to be the best conductive filler for NCM 전극s.

 

"측정된 전도도는 침투 이론과 일치합니다... 전기 전도성 필러가 절연 매트릭스에 추가되면 복합 재료를 통한 첫 번째 전도 경로가 형성되면 전도도가 크게 증가합니다."라고 저자 중 한 명인 Guihua Yu가 말했습니다. .

 

Since percolation requires a complete pathway through the filler, a sufficient amount of conductive filler is needed. Therefore, the investigators considered various amounts of filler and found that combining NCM 전극s with as little as 0.16% by weight of SWCNT produced good electrical conductivity. Higher amounts of Super P and graphene were required to achieve these same results.

 

연구자들은 결과 합성물을 연구하기 위해 라만 및 X선 흡수 분광법을 포함한 여러 분광 기술을 사용했습니다.

 

"This is a collaborative effort from the Center for Mesoscale Transport Properties, an Energy Frontier Research Center supported by the U.S. Department of Energy Basic Energy Sciences program. Our findings suggest that the integration of SWCNTs into the NCM 전극 facilitate ion and charge transfer. This will lead to higher electrochemical utilization, especially at high rates of discharge," Yu said.