리튬 2 차 배터리의 전력 밀도의 2 배 증가를 입증하기 위해 새로운 바카라 하는 법 다공성 물질을 전극에 적용합니다

에너지 기술 연구 부서의 최고 연구원 Shu Goshin [Yoshikawa Hiroyuki의 회장] (이하 "AIST"라고 함)은 3 차원으로 정기적으로 3 차원으로 배열 된 바카라 하는 법 크기의 마이크로 튜브 구조를 가지고 있습니다결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질리튬 보조 배터리의 전극 (음성 전극)에 적용함으로써 기존 리튬 2 차 배터리와 동일합니다에너지 밀도전력 밀도2 배 이상의 개선으로 개선되는 것으로 입증되었습니다

연료 전지와 2 차 배터리를 고효율 및 청정 에너지 원으로 전원으로 사용하는 전기 자동차 (EVS)가 전 세계적으로 진행되고 있습니다 리튬 2 차 배터리는 일정한 속도 작동에 필요한 장기 지속 가능한 에너지 용량 (에너지 밀도)을 가지지 만 반면에 시작시 필요한 순간 출력을 생산하기는 어렵고 전기 저장 장치는 대규모 폭발력 (전력 밀도) 및 장기 지속 가능한 에너지 용량 (에너지 밀도)을 모두 공급할 수있을 것으로 예상됩니다

동시에 높은 에너지 밀도와 고출력 밀도를 달성하려면전기 이중 레이어 커패시터andPseudo-Capacitance 커패시터(슈퍼 커패시터9338_9406

AIST는이 문제를 해결하기위한 새로운 아이디어를 개발했으며 최근에 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질을 개발했습니다 (TIO₂-p₂O₅) (2004 년 2 월 4 일 AIST 프레스에 의해 발표)를 적용함으로써 리튬 2 차 배터리에 대한 전극 (네거티브 전극), 바카라 하는 법 크기의 마이크로 튜브 구조를 통한 리튬 이온 (Li⁺)와 전해질은 전극 내부에서 쉽게 움직일 수 있고 리튬 이온 (Li⁺9679_9784₂-p₂O₅)의 바카라 하는 법 칸넬을 형성하기위한 프레임 워크를 제공함으로써 충전 및 배출 특성을 더욱 향상시킬 수 있음이 확인되었다
앞으로, 우리는 실질적인 사용을 촉진하기 위해이 재료에 대한 질량 합성 기술에 대한 연구 개발을 진행할 계획입니다

그림 : 이온 수송 경로와 전자 전도 경로 (단순화 된 다이어그램)를 갖는 3 차원 정렬 된 바카라 하는 법 크기의 마이크로 튜브 구조를 갖는 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 포러스 물질의 이미지

*이 연구 결과는 독일 과학 저널에서 나온 것입니다Angewandte Chemie International Edition에서 온라인으로 발표되었습니다

지구 온난화를 유발하는 이산화탄소를 덜 방출하는 전기 자동차 (EVS)는 전 세계적으로 발전 중이며, 연료 전지와 2 차 배터리를 사용하여 고효율과 청정 에너지 원을 전원 공급원으로 사용하여 개발 중입니다 그러나 전원이 연료 전지 또는 폭발력이 낮은 2 차 배터리 (전력 밀도)로 만들어지면 충분한 가속 및 등산 성능을 얻기가 어렵습니다 따라서 보조 전원의 전력 밀도와 연료 전지 및 보조 배터리 자체를 크게 향상시켜야합니다 동시에 전력 밀도가 높은 2 차 배터리와 같은 전기 저장 장치가 개발 된 경우, 산업용 로봇, 간호 로봇, 노트북 컴퓨터 및 휴대 전화를 포함한 다양한 최첨단 기술 분야에서도 전기 차량뿐만 아니라 전기 자동차 및 시장이 미래에 큰 것으로 예상됩니다

고대 면적 탄소 섬유를 사용하는 전기 이중층 커패시터 전극으로서 고전력 밀도 저장 장치로 알려져 있습니다 전기 이중 층 커패시터는 전해질의 이온을 전극에 물리적으로 흡착하고 탈착하여 충전하는 시스템입니다 화학 반응이 포함되지 않기 때문에 전하 및 배출 속도는 높지만 에너지 밀도는 적습니다 전기 이중층 커패시터의 에너지 밀도는 1 wh/kg이고 전력 밀도는 약 1kW/kg이며, 전기 자동차에 적용하기 위해서는 하나 이상의 크기의 에너지 밀도가 필요합니다

최근에, 전기 이중층 커패시터의 에너지 밀도를 개선하는 방법 이외의 방법은 고 에너지 밀도와 고출력 밀도를 동시에 달성하기 위해 연구되었다 이 방법은 에너지 밀도 측면에서 압도적으로 유리하며 2 차 배터리의 우수한 에너지 밀도 특성을 달성하는 2 차 배터리의 전극 재료의 전기 화학 반응과 관련된 유사 코카패시 턴스 (산화 및 감소에 의한 이온 저장)를 형성하는 것을 포함합니다 이 유사 경관은 전극의 표면에서 화학 이온 흡착/탈착 반응으로 빠른 충전 및 배출 속도를 허용하고 에너지 밀도가 커서 자동차 전력 저장 장치에 이상적인 특성이됩니다 그러나, 이러한 전기 저장 장치는 마이크로 튜브 구조를 갖는 다공성 전극의 개발로 인해 개발되지 않았으며 실현되지 않았다

○ 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 및 응용의 개발

AIST는 새로운 아이디어를 가지고 있으며 전통적으로 자체적으로 만들었습니다템플릿 (재료)합성 방법에 의해 금속 산화물을 합성 할 때, 유기 금속 화합물 (트리 에틸 포스페이트 [PO (OC₂H₅)₃])를 추가함으로써, 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅) [그림 1] [그림 1]는 성공적으로 합성되었으며, 마이크로 튜브 구조, 전도성 산화물 (Cuo), 주석 산화물 (SNO₂)Dope전자 전도도를 갖는 다중 결정 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅-cuo and tio₂-p₂O₅-sno₂)도 성공적으로 합성되었습니다 (2004 년 2 월 4 일 AIST 언론에 의해 발표)

AIST는이 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질을 리튬 2 차 배터리에서 전극 (네거티브 전극)으로 적용하고 바카라 하는 법 크기의 마이크로 튜브 구조 (바카라 하는 법 컨테이널 : 크기 = 5nm), 리튬 이온 (Li⁺)와 전해질은 전극 내부에서 쉽게 움직일 수 있으며 리튬 이온 (Li⁺)는 표면적이 막대한 마이크로 튜브에 흡착되어 있으며, 전력 밀도는 기존의 리튬 2 차 배터리와 동일한 에너지 밀도를 유지하면서 2 배 이상 증가한다는 것이 입증되었다 또한, 이것은 (tio₂-p₂O₅)의 바카라 하는 법 칸넬을 형성하기위한 프레임 워크를 제공함으로써 충전 및 배출 특성을 더욱 향상시킬 수 있음이 확인되었다

그림 1 3 차원 구조를 가진 미세 결정질 TIO2-p2O5바카라 하는 법 포러스 분말의 투과 전자 현미경 사진

○ 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅)

결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅)는 리튬 2 차 배터리의 전극 (음성 전극)으로 사용되었으며 그 특성을 평가했습니다 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅), 유리 상 P₂O₅는 리튬 이온입니다 (li⁺)에 대해 비활성이기 때문에 주요 성분 아나제 tio₂(이산화 티타늄의 결정 형태)는 리튬 이온입니다 (Li⁺)의 산화 및 산화 환원 효과활성 재료아나타제 tio₂의 최대 이론 용량 165mAh/g입니다 그러나 01a/g현재 밀도가역적으로 충전되고 배출 될 수있는 용량은 370mAh/g에 도달합니다 이것은 위에서 언급 한 리튬 이온 (Li⁺)의 아나타제 tio₂단독으로 설명 할 수없고 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅의 바카라 하는 법 크기 마이크로 튜브의 표면에 리튬 이온 (li⁺)는 화학적으로 흡착되었으며,이 흡착 특성은 슈퍼 커패시터 함수의 표현을위한 메커니즘을 형성합니다 따라서, 산화 감소 용량 및 흡착 능력은 동시에 달성 될 수 있으며, 종래의 아나제 TIO₂보다 에너지 밀도가 훨씬 높다는 것입니다

용량의 현저한 증가 (에너지 밀도에 해당) 외에도 전력 밀도는 대략 2 배 증가합니다 전하 밀도 및 방전 (전력 밀도에 해당)이 01a/g에서 10a/g로 2 배 증가하더라도 약 270mAh/g의 높은 수준에서 여전히 충전되고 배출됩니다용량 밀도(에너지 밀도에 해당)가 유지됩니다 [그림 2의 빨간색 참조] 사이클 특성 (반복 전하 및 배출에 대한 내구성)도 개선되었으며, 전류 밀도 10A/g에서 하전 및 배출되면 200 번째 사이클에서 195mAH/g, 800주기에서도 160mAH/g의 용량이 있습니다

그림 2 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 TIO2-p2O5재료의 상수 전류 충전 및 방전 특성

○ 다중 결정 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질 (TIO₂-p₂O₅-cuo and tio₂-p₂O₅-sno₂)

또한, 유리 상 P는 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질의 프레임 워크에 존재한다₂O₅₂로 도핑 된 다중 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질₂-p₂O₅-cuo and tio₂-p₂O₅-sno₂)의 배터리 특성을 평가했습니다 전자 전도도가 향상 되었기 때문에, 높은 충전 및 방전 용량 밀도 (에너지 밀도에 해당)가 더 높은 전류 밀도 (전력 밀도에 해당)에서도 유지되었음을 확인했습니다 예를 들어, 20A/G, TIO의 전류 밀도₂-p₂O₅60mah/g의 전하/방전 용량 밀도 [아래 그림의 녹색 선 참조] TIO₂-p₂O₅-sno₂IS 190mAH/G [아래 그림 3의 파란색 선 참조], TIO₂-p₂O₅-cuo는 265mah/g입니다 [아래 다이어그램의 빨간색 선 참조] 50a/g의 더 높은 전류 밀도에서도 새로 개발 된 재료 (TIO₂-p₂O₅-sno₂)는 여전히 130mAh/g의 대용량을 가지고 있습니다 [위의 그림 3의 검은 선 참조]
이 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 영양 물질을 음성 전극으로 사용하고이를 4V 클래스 캐소드 재료 (리튬 코발 테이트 등)와 결합 할 때, 에너지 밀도 및 전력 밀도 측면에서 다른 전기 저장 장치와 비교하여, 결정 성 금속 산화물 컴포지이트 바카라 하는 법 영양성 물질과 비교하여, 결정이 전기 용도를위한 결정을 달성했다고 말할 수있다 (전기 전기 용도를 달성했다 전기 자동차에 대한 층 커패시터, 에너지 밀도의 증가 (이전 1 wh/kg) 및 1 크기 이상의 전력 밀도 (이전에 1 kw/kg)가 필요합니다 [그림 4 참조]

그림 3 미세 결정 금속 산화물 (TIO2) - 무기 산화물 (P2O5)의 유리 상 - 바카라 하는 법 다공성 금속 산화물 (CUO 및 SNO2)의 일정한 전류 충전 및 방전 특성

그림 4 : 결정질 금속의 에너지 및 전력 밀도의 포지셔닝 산화 바카라 하는 법 다공성 물질

이번에는 AIST가 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질을 가지고 있다고 발표했습니다 (TIO₂-p₂O₅, tio₂-p₂O₅-cuo, tio₂-p₂O₅-sno₂)를 적용함으로써, 기존 재료로 만든 리튬 2 차 배터리에 비해 전력 밀도가 상당히 개선되고 전기 차량 저장 장치에 필요한 성능을 달성 할 수 있음을 확인했다 미래에 실질적인 사용을 촉진하기 위해,이 자료에 대한 기술을 대량 합성하고 비용을 줄이는 데 어려움이 있습니다 또한, 상업적으로 이용 가능한 리튬 2 차 배터리는 양의 전극으로 리튬 코발트 산 (LICOO₂), 탄소 및 기타 재료는 일반적으로 네거티브 전극에 사용되며 최근에는 리튬 철 포스페이트 (LifePo₄)도 관심을 끌고 있습니다 우리는 이러한 저비용 재료에 대한 바카라 하는 법 채널 구조를 도입하려고 노력할 계획입니다

바카라 하는 법 채널 함유 결정산 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질은 리튬 2 차 배터리의 전극뿐만 아니라 다양한 금속 산화물의 전자 및 화학 기능을 바카라 하는 법 영양 구조의 분자 크기 체 기능과 결합하여 미래에도 사용됩니다습식 태양 전지, 센서 및 연료 전지와 같은 다양한 장치에도 적용 할 수 있으며 다양한 필드의 응용 분야에서도 고려됩니다

◆ 결정질 금속 산화물 복합 바카라 하는 법 다공성 물질

3 차원으로 배열되고 결정질 금속 산화물 인 바카라 하는 법 크기의 마이크로 튜브 구조를 갖는 바카라 하는 법 포러스 물질 및 마이크로 튜브 구조를 형성하는 프레임 워크[참조로 돌아 가기]

◆ 리튬 2 차 배터리

현재 사용되는 최고 작동 전압 (3-4 V)이 가장 높은 2 차 배터리는 양성 전극 재료로서 리튬 코발 테이트, 음성 전극 재료로서 흑연 탄소 재료 및 비 식 전해질로서 리튬 코발 테이트와 같은 리튬 전이 금속 산화물로 구성된다 리튬 이온이 충전 중에 양의 전극에서 음극으로 이동하고 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동할 때 배터리로 작동합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에너지 밀도

에너지 밀도는 배터리 중량 또는 볼륨 당 전력 용량입니다 단위는 wh/kg 또는 wh/cm³[참조로 돌아 가기]

◆ 전력 밀도

전력 밀도는 배터리 중량 또는 부피 당 추출 할 수있는 최대 에너지량입니다 w/kg 또는 w/cm의 단위로 체중 당 종종 표현됩니다³[참조로 돌아 가기]

◆ 전기 이중층 (전기 이중 레이어 커패시터)

원리를 사용하여 전기를 이온 함유 전해질과 전극 사이의 계면에서 형성된 "전기 이중층"에 저장하는 커패시터[참조로 돌아 가기]

◆ Pseudocapacitance (pseudocapacitance capacitor)

전극 표면의 물리적 흡착 및 탈착 (전기 이중층 커패시터)과 다른 다양한 전기 화학 흡착 및 탈착 (= 산화 및 환원 반응)을 사용하는 커패시터[참조로 돌아 가기]

◆ 슈퍼 커패시터

고전력 밀도 및 고 에너지 밀도가 높은 커패시터, 전기와 전해질 사이의 계면에서 형성된 전기 이중층과 전기 화제 (전기 화학적 접합체 및 전기 측면)를 사용하여 전하 축적 (전극으로의 이온의 물리적 흡착 및 전극 탈착)을 모두 사용한다 전극 표면의 산화 감소 반응[참조로 돌아 가기]

◆ 템플릿 (가공)

미리 준비된 특정 곰팡이에 반응을 일으키는 분자를 삽입함으로써 선택적 반응, 구조 생성 또는 분자 인식이 가능해집니다 이러한 반응에 사용 된 금형을 템플릿이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Dope

포스트 재료에 소량의 외국 (또는 불순물)을 추가합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 활성 재료

활성 물질은 전해질과의 화학 반응을 통해 전자를 방출하고 통합하는 물질입니다 전자를 방출하는 활성 물질은 음성 전극 활성 물질이라고하며 전자를 포착하는 활성 재료를 양성 전극 활성 재료라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 현재 밀도

배터리 중량 또는 전극 영역 당 전류의 양 장치는 A/G 또는 A/CM²이 전류 밀도의 생성물 (p = iv)과 전압 분포 (V)는 전력 밀도입니다 다시 말해, 현재 밀도와 전력 밀도는 비례합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 용량 밀도

배터리의 단위 질량 또는 단위 부피당 저장된 충전량, ah/kg 또는 ah/l[참조로 돌아 가기]

◆ 습식 태양 전지

염료 감작 태양 전지 (또는 Gretzelcell)라고도합니다 광 전극의 직경은 수십 수의 NM을 가지며, 염료는 바카라 하는 법-ultra-fine 반도체 증착 구조의 표면에 흡착된다 먼저 빛을 흡수하고 빛을 흡수 한 다음,이 여기 에너지를 반도체로 전달하고 용액 단계에서 화학적 반응을 수행함으로써 전자 력을 생성하는 광화학 태양 전지[참조로 돌아 가기]