공기 온라인 바카라리의 리튬 감소 과전압

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji의 회장] (이하 "AIST"라고 불리는) Energy Conservation Research Division [연구 부서 Munakata Tetsuo] 에너지 인터페이스 연구 그룹 최고 연구원 (및 이사) 연구 그룹 (및 이사)University of Tokyo Advanced Battery Materials Social Collaboration Course(이하 "집단 과정"이라고 불리는) AIST의 AIST (및 Cooperative Course)의 특별 연구 교수입니다 Tsukuba University 대학의 박사 과정, AIST의 전 특별 연구원, Zhang Tao의 전 특별 연구원, 도쿄 대학의 AIST 전 특별 연구원 [Gojin Shin 의장]; Yamada Juno에서 특별히 임명 된 교수, AIST (및 Cooperative Course)에서 특별히 임명 된 교수; 그리고 Nanjing University의 부교수, 소량의 물이 촉매로 첨가 된 유기 전해질DMSO리튬-공기 온라인 바카라리에어로 폴과전압상당히 감소 된 것으로 나타났습니다

리튬 공기 온라인 바카라리는 전기 화학 반응을 위해 공기 중에 산소를 사용하므로 이론적으로 시스템의 현재 상태리튬 이온 온라인 바카라리훨씬 더 높음체중 에너지 밀도가있을 것으로 예상됩니다 반면에 리튬 공기 온라인 바카라리에는 다양한 문제가 있으며 곧 실용적이 될 상황이 아닙니다 한 가지 주요 문제는 리튬과 산소 사이의 전기 화학적 반응이 이상적으로 진행되지 않으므로 배출 중에 얻은 전압과 충전에 필요한 전압의 차이는 약 10V에서 커집니다에너지 효율나쁜 일입니다

이 기사에서 우리는 공기 전극을 충전하고 배출하고 과전압을 줄이기위한 반응 메커니즘을 설명하기위한 기본 연구를 진행하고 있습니다탄소, 루테늄, 이산화 망간를 사용하여 유기 전해질 DMSO에 소량의 물이 추가됩니다 (= 약 100ppm)에서, 충전 과전압은 약 021V로 크게 감소되었고, 배출 중에 얻은 전압과 충전에 필요한 전압의 차이는 032 V에 불과 함을 확인했다

이 결과는 2015 년 7 월 24 일 오후 6시 (일본 시간) 영국 국제 과학 저널에서 발표되었습니다Nature Communications의 온라인 버전에 게시되었습니다

개발 된 리튬 공기 온라인 바카라리 에어 전극 속도 특성 (왼쪽) 및현재 밀도500 ma/g (= 025 ma/cm2)충전 및 배출주기특성 (오른쪽)

최근 몇 년간 에너지 및 환경 문제로 인해 전기 자동차가 인기를 얻고 있습니다 현재 전기 자동차에는 리튬 이온 온라인 바카라리가 장착되어 있지만 더 먼 거리를 이동할 수있는 고성능 저장 온라인 바카라리를 개발해야합니다 따라서, 이론적으로, 현재 리튬 이온 온라인 바카라리의 무게의 약 5 ~ 8 배인 에너지 밀도가 약 5 ~ 8 배인 리튬 공기 온라인 바카라리는 리튬 이온 온라인 바카라리로 주목을 받고있다 그러나 공기 전극에서 충전 및 배출을위한 반응 메커니즘에 대한 이해 부족, 충전 중 과전압은 10 v 이상의 값이 크게되며 충전 및 배출주기 특성이 나빠질 수 있습니다

AIST는 이전에 나노 구조화 된 전극 재료가 차세대 리튬 이온 온라인 바카라리를 실질적으로 적용하기 위해 큰 출력을 달성 할 수 있음을 보여 주었다 (2008 년 8 월 27 일에 발표 된 Aisode Press) 또한 전기 자동차의 에너지 밀도를 크게 향상시킬 것으로 예상되는 새로운 리튬 공기 온라인 바카라리 (Aisotech Press 발표 2009 년 2 월 24 일,2012 년 11 월 5 일 AIST의 주요 연구 결과) 현재 차세대 스토리지 온라인 바카라리로리튬 황 온라인 바카라리,나트륨 이온 온라인 바카라리에 대한 연구와 함께 리튬 공기 온라인 바카라리를 연구하고 개발합니다

리튬 공기 온라인 바카라리는 공기 중 산소입니다 (O₂)는 전기 화학 반응에 사용됩니다 배출되면 전해질의 외부 회로 및 리튬 이온 (Li⁺)는 공기 전극으로 산소 확산과의 환원 반응을 겪어 리튬 퍼 옥사이드 (Li₂O₂) 그리고 그것이 청구되면, li₂O₂입니다 산소 진화 반응으로 분해되어 리튬 이온과 산소가 발생합니다 그러나 공기 전극에서 Li₂O₂산소 생성 반응의 과전압은 10V 이상으로 커지고, 고전압은 또한 공기 전극에 사용되는 탄소와 촉매를 부식시킨다 따라서, 요오드 이온 및 기타 물질의 사용은 부식, 탄소가없는 공기 전극 및 과전압 대책에 대한 대응으로 적극적으로 연구되고있다

이번에는 물에 중점을 두었습니다 물에 중점을 두었습니다 이 측정 시스템에서, 공기 전극의 과전압을 평가하기 위해, 리튬 철제 (LifePo)는 공기 전극의 과전압을 측정하는 데 사용됩니다₄)를 사용하여, 소량의 물 (약 100 ppm)을 DMSO에 첨가하여 유기 전해질을 형성하고, 캐소드의 촉매는 탄소, 루테늄 (RU) 및 망간 이산화 망간 (MNO₂)가 사용되었습니다 이 구성에서 온라인 바카라리는 공기 전극에서 배출하여 생성됩니다₂O₂is h₂O는 고체 리튬 수산화물 (LiOH) 및 과산화수소 (H₂O₂) BES (li₂O₂+ 2H₂O = 2LIOH + H₂O₂) Lioh는 산소 진화 반응에 의해 낮은 잠재력으로 분해되고 Li⁺, o₂및 H₂O가되고 다시 H₂O₂더 많은 mno₂촉매 된 산화 환원 반응, o₂및 H₂그것은 O가됩니다 이러한 반응으로, H₂O는 피로없이 중간 lioh를 통해 순환함으로써 촉매의 역할을한다 이 공기 전극을 사용하면 공기 전극의 탄소 +Ru +mno₂의 중량에 기초하여 250 mA/g의 전류 밀도에서, 충전 및 배출에 대한 과전압은 각각 021V 및 011V로 감소하여 배출 동안 얻은 전압과 충전에 필요한 전압 사이에 032V만을 초래 하였다 또한, 전류 밀도가 500 ma/g 및 1000 ma/g 인 경우에도 충전의 과전압이 상당히 감소되었습니다 또한, 1000 mAh/g의 방전 용량으로 지정된 전하/방전주기 시험에서, 200 배의 안정적인 충전/방전 사이클 특성이 얻어졌다

앞으로, 우리는 리튬 공기 온라인 바카라리의 공기 전극 구성을 최적화하고, 작동 환경을 고려하고, DMSO 이외의 전해질로 확장하고, 리튬 공기 온라인 바카라리에 대한 기본 연구를 축적하고, 우수한 성능을 나타내는 리튬 공기 온라인 바카라리를 개발하는 것을 목표로합니다

◆ 대학의 고급 온라인 바카라리 자료 소셜 협업 코스

도쿄 대학 공학 대학원 화학 시스템 공학과는 2010 년 1 월부터 2015 년 3 월까지 Mitsubishi Motors Industries, Ltd[참조로 돌아 가기]

◆ DMSO

디메틸 설폭 사이드라고하는 유기 전해질의 약어[참조로 돌아 가기]

◆ 리튬-공기 온라인 바카라리

음성 전극 활성 재료로서 금속 리튬으로 만든 온라인 바카라리 및 양의 전극 활성 재료로서 공기의 산소 리튬은 금속의 이온이 될 가능성이 가장 높으며, 음성 전극으로 사용될 때는 양의 전극과 큰 전위차로 고전압을 얻을 수 있습니다 또한 리튬과 산소는 모두 가벼운 원소이므로 온라인 바카라리의 무게와 용량을 줄일 것으로 예상되며 자동차 온라인 바카라리로 연구되고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에어로 폴

연료 전지 및 공기 세포에서 양성 전극 활성 재료 인 산소의 반응 필드 역할을하는 전극 리튬 공기 온라인 바카라리는 고귀한 금속 및 전이 금속 산화물, 전자 전도도를 부여하기위한 탄소 재료 및 이들을 금속 전류 수집기에 고정하기위한 결합제와 같은 촉매로 구성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 과전압

실제 측정 전압과 이론적으로 계산 된 전압의 차이[참조로 돌아 가기]

◆ 리튬 이온 온라인 바카라리

현재 온라인 바카라리의 작동 전압 (3-4 V)이 가장 높은 온라인 바카라리이며, 리튬 코발 테이트와 같은 전이 금속 산화물을 사용하여 유기 전해질로 구성되어 있으며, 양극 전극 및 음성 전극으로서 흑연 기반 탄소 물질 리튬 이온이 충전 중에 양의 전극에서 음극으로 이동하고 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동할 때 온라인 바카라리로 작동합니다 그것은 1990 년대 초에 실질적으로 사용되었으며, 온라인 바카라리 부피 또는 무게 당 추출 할 수있는 에너지 (에너지 밀도)가 다른 온라인 바카라리 시스템보다 훨씬 높기 때문에 휴대폰 및 노트북 PC와 같은 모바일 장치의 필수 전원이되었습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 체중 에너지 밀도

온라인 바카라리 중량 당 저장 또는 추출 할 수있는 전기 에너지의 양 전기 에너지는 온라인 바카라리의 평균 전압 및 온라인 바카라리 용량의 제품으로 표현됩니다 값이 높을수록 일정한 양의 전기 에너지가 필요할 때 필요한 온라인 바카라리의 무게를 줄여 실질적으로 사용하기에 유리합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에너지 효율

광범위한 의미에서, 그것은 에너지 입력의 비율을 회수 할 수있는 에너지 (사용)를 나타냅니다 여기에서 온라인 바카라리를 온라인 바카라리로 충전하는 데 필요한 에너지의 비율은 방전에 의해 얻은 에너지를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 탄소, 루테늄, 이산화 망간

탄소 및 금속 루테늄 (RU) 및 산화물 망간 이산화물 (MNO₂)의 혼합물이며 공기 전극으로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ PPM

백만 번째 중 일부를 나타내는 숫자 100 ppm은 100/1,000,000 (1 억)입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 전류 밀도

전극 재료의 무게에 따라 온라인 바카라리를 충전하고 온라인 바카라를 배전 할 때 전극을 통해 흐르는 전류를 나누어 얻은 값 충전 및 배출의 지표입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 충전 및 배출주기

2 차 온라인 바카라리 (반복적으로 충전 및 배출 할 수있는 온라인 바카라리)의 수명과 안정성을 조사하려면 반복 충전 및 배출을 충전 및 배출주기라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 리튬 황 온라인 바카라리

황 또는 양극 전극을 함유하는 혼합물로 만든 유기 전해질로 만든 온라인 바카라리, 그리고 음성 전극으로 금속 리튬으로 만든 온라인 바카라리 리튬 이온이 충전 중에 양의 전극에서 음극으로 이동하고 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동할 때 온라인 바카라리로 작동합니다 이론적으로, 그것은 에너지 밀도가 크기 때문에 차세대 스토리지 온라인 바카라리로 주목을 받았지만, 음의 전극의 안전성과 양성 전극에서 생성 된 배출 생성물의 용해로서 아직 실질적으로 사용되지는 않았다[참조로 돌아 가기]

◆ 나트륨 이온 온라인 바카라리

리튬 이온 온라인 바카라리의 리튬 이온 대신, 나트륨 이온은 충전 동안 양극 전극에서 음의 전극으로, 그리고 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동하여 온라인 바카라리로서 작동한다 리튬보다 지구상에서 훨씬 더 많은 매장량을 가진 나트륨 요소를 사용하여 차세대 저장 온라인 바카라리로 주목을 받고 있지만 여전히 기본 연구 단계에 있으며 아직 실용적으로 사용되지 않았습니다[참조로 돌아 가기]