바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Yu의 회장) (이하 "AIST"라고 불리는) Energy Technology Research Division [연구 부서 Kakuguchi Katsuhiko 리서치 디렉터] 선임 연구원 및 연구 그룹 책임자, Energy Interface Group 및 Zhang Tao, AIST, AIST, Zhang Tao이온 액체전해질Carbon Nanotube(CNT)gelAeropole산소 대기뿐만 아니라 공기에서도 작동 할 수 있습니다리튬-공기 라이트닝 바카라
이전에, 유기 전해질은 리튬 공기 라이트닝 바카라에서 전해질로 사용되어 점화, 증발 및 분해 용이성과 같은 문제가 발생했습니다 이번에는 이온 성 액체를 전해질로, 젤을 공기 전극으로 사용하여 디자인을 채택하고 이전보다 더 안전하고 안정적으로 작동하는 리튬 공기 라이트닝 바카라를 사용했습니다 이번에 개발 된 리튬 공기 라이트닝 바카라는 처음으로 공중에서 가역적, 대용량 (10,000mAh/g) 충전을 달성 할 수있었습니다
이 연구 결과는 독일 학술 저널입니다Angewandte Chemie International Edition에서 온라인으로 게시 됨
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리튬 공기 라이트닝 바카라 및 젤 에어 전극에 사용되는 종래의 공기 전극의 개략도 (왼쪽)
겔 공기 전극 내의 전자 전도 경로, 이온 전도 경로 및 공기 확산 경로의 개략도 (오른쪽)
오른쪽의 스레드와 같은 것은 탄소 나노 튜브입니다 오른쪽 그림의 상단은 이온 성 액체의 이온 (자주색)과 양이온 (녹색)을 보여줍니다
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최근 몇 년 동안 전기 자동차는 환경 및 에너지 문제로 인해 인기를 얻고 있습니다 현재 전기 자동차가 있습니다리튬 이온 라이트닝 바카라가 장착되어 있지만 성능은 충분하지 않으며 더 먼 거리를 구동 할 수있는 고성능 저장 라이트닝 바카라를 개발할 필요가 있습니다 따라서 이론적으로는 현재 리튬 이온 라이트닝 바카라보다 약 5-8 배 더 높습니다체중 에너지 밀도리튬 이온 이온 라이트닝 바카라로 주목을 받고 있습니다 그러나, 유기 전해질을 전해질로 사용하는 리튬 공기 라이트닝 바카라에서, 유기 전해질의 점화, 증발, 분해 및 공기 중 습기 용해와 같은 문제가 있으며, 더 안정적인 전해질 물질을 찾는 것이 계속되고있다 또한, 유기 전해질에 공기가 용해되는 경우, 질소, 수분 등의 경우, 음성 전극의 금속 리튬과 화학적으로 반응 할 위험이 있으므로, 유기 전해질을 사용하는 리튬-공기 라이트닝 바카라에 대한 작동 테스트는 순수한 산소 대기에서 수행되어야합니다
AIST는 현재 차세대 "리튬 이온 라이트닝 바카라"를 실질적으로 적용하기 위해 연구 및 개발을 수행하고 있습니다 지금까지 나노 구조화 된 전극 재료가 큰 출력을 달성 할 수있는 것으로 나타났습니다 (2008 년 8 월 27 일에 발표 된 Aisode Press) 또한, 하이브리드 전해질 유형 리튬-공기 라이트닝 바카라 (Aisode Press 발표 2009 년 2 월 24 일,AIST : 금속 촉매가없는 그래 핀 에어 전극을 사용한)의 연구 및 개발을 계속했으며,이 일의 일부로이 작업의 결과를 달성했습니다
또한,이 연구의 일부는 캐비닛 사무소의 최첨단 연구 및 개발 지원 프로그램 "고성능 전력 저장 장치 생성을위한 혁신적인 기본 연구 (2009-2013)의 지원으로 수행되었습니다
리튬-공기 라이트닝 바카라는 전기 화학 반응을 위해 공기 중에 산소를 사용하고, 배출되면 전해질의 외부 회로 및 리튬 이온을 통과하는 전자는 공기 전극으로 확산되는 산소와 반응하여 리튬 퍼 옥사이드를 초래합니다 (LI2O2)입니다 안정적인 배출을 계속하고 대용량을 얻으려면, 공기 전극 전체에 3 차원 전자 전도 경로, 이온 전도 경로 및 공기 확산 경로가 있어야합니다 그러나, 기존의 유기 전해질을 사용한 리튬 공기 라이트닝 바카라에서, 공기 전극이 사용된다모공이후 유기 전해질로 채워져 있으며, 공기 중에 산소가 아닌 유기 전해질에 산소가 용해 된 것으로 생각되지만 유기 전해질에 용해 된 산소는 주로 리튬 이온과 반응합니다 따라서, 유기 전해질에 용해 된 산소의 양과 그것이 확산되는 속도는 라이트닝 바카라의 성능에 영향을 미치는 것으로 생각된다 또한, 용존 산소는 유기 전해질과 쉽게 반응하기 때문에, 이상적인 전기 화학 반응은 진행되지 않아서 배출 동안 전압, 용량 및 출력 특성이 크게 악화되는 문제를 초래한다
이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 쉽게 연소되지 않고 전해질로 휘발되지 않는 이온 성 액체와 공기 전극으로 액체로 젖지 않는 수비 겔을 사용하기로 결정했습니다 이온 성 액체는 공기 중에 안정적입니다, 10-3S CM-1장치의 리튬 이온 전도도가 비교적 높습니다 또한 산소에 대해 비교적 높은 안정성을 나타내는 것으로보고되었습니다 공기 전극으로서, 반 고체 수비 펠트 겔이 제조되었는데, 전자 전도 경로로서 작용하는 이온 성 액체만이 전자 전도 경로로서 작용하는 CNT와 혼합되었다 이온 성 액체와 물은 겔의 기공으로 들어 가지 않으며,이 기공은 공기 확산 경로를 형성하므로 공기의 산소 가이 경로를 통해 안정적으로 공급됩니다
공기 대기 하에서이 구조로 리튬 공기 라이트닝 바카라에 일정한 전류가 적용될 때 라이트닝 바카라의 충전 및 배출 특성을 조사했을 때, 방전 및 충전 할 수 있음을 확인했습니다 (그림 1) 다시 말해, 이온 성 액체와 겔 공기 전극을 공기 중에 사용하여 리튬 공기 라이트닝 바카라를 성공적으로 작동 한 것은 세계 최초의 것이 었으며, 이는 가역적이고 대용량으로 지금까지 작동하기가 어려웠습니다 또한 CNT의 무게 당 10,000mAh/g 이상의 용량이 얻어 질 수 있음이 밝혀졌다 (도 1의 오른쪽) 또한, 전하 및 배출을 특정 용량 (1000 mAh/g)으로 제한함으로써, 안정적인 전하 및 방전 특성은 10 사이클 동안 얻어졌다 (도 1 좌측)
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그림 1 : 개발 된 리튬 공기 라이트닝 바카라 1000 mAh/gCNTCNT(오른쪽)
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앞으로, 우리는 수비 펠트 젤 공기 전극의 성능을 향상시키고 라이트닝 바카라 구성을 최적화하여 더 나은 성능으로 리튬 공기 라이트닝 바카라를 개발하는 것을 목표로합니다
독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소
에너지 기술 연구 부서
에너지 인터페이스 기술 그룹 연구 그룹 Zhou Goshin 이메일 : hszhou * aistgojp ( @로 변경하고 보내십시오)