고급 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji 의장 (Nakabachi Ryoji) (이하 AIST ") 에너지 절약 연구 부서 [Munakata Tetsuo 의장 Munakata Tetsuo] Shu Goshin, Nanjing University (및 교수)의 최고 연구원 (및 교수), Tsuka University의 대학원 대학원 대학원, 국립 학업, 국립 공동 및 국립 학업 연구소 Matsunobu, 시스템 및 정보 공학 대학원, 시스템 및 정보 공학 대학원, 카시와 Matsunobu, 시스템 및 정보 공학 대학원의 박사 프로그램 및 박사 과정 박사 과정 박사 과정 프로그램금속 유기농 구조안정적인 충전/방전주기 특성을 제공하기 위해 배터리 분리기로 사용됩니다로투스 바카라 황 배터리

로투스 바카라-이온 배터리의 양극 전극으로 황을 사용하는 로투스 바카라 황 배터리는 높은 양의 전극 용량을 나타냅니다 (이론적 값은 1,675 mAh/g) 그러나 배출 반응의 중간 산물입니다로투스 바카라 폴리 설파이드전해질에 쉽게 펴 봅니다 충전/배출주기가 진행됨에 따라, 용리 된 폴리 설파이드 이온은 양성 및 음성 전극 사이의 산화 감소 반응을 유발하고,이 문제의 반복적 인 발생은 로투스 바카라 황 배터리의 용량에서 열화로 이어진다

금속 유기 구조는 전통적으로 가스 분자를 흡착하고 별도의 가스 분자에 사용하는 데 사용되었으며, 그 기능은 "분자 체"라고도합니다 이번에는이 "분자 체"가 이온 종을 분리 할 수있는 "이온 체"로서 기능하고 금속 유기 구조는 로투스 바카라 황 배터리의 분리기로 사용되었다고 생각했다 분리기가 음성 전극쪽으로 용리 된 폴리 설파이드 이온을 움직이는 것을 방지하기 위해, 새로운 로투스 바카라 황 배터리는 오랜 기간 동안 안정적인 충전 및 방전 사이클을 달성했습니다 전류 밀도1C8947_9019자연 에너지의 온라인 버전에 게시되었습니다

복합 금속 유기 구조 막을 사용한 로투스 바카라 황 배터리 이온 체의 분리기로

최근 몇 년 동안 전기 자동차는 환경 및 에너지 문제로 인해 인기를 얻고 있습니다 현재 전기 자동차가 있습니다로투스 바카라 이온 배터리가 장착되어 있지만 장거리 주행을 가능하게하려면 고성능 저장 배터리의 개발이 필요합니다 로투스 바카라 황 배터리는 로투스 바카라 이온 배터리의 고급 2 차 배터리이며 이론적으로 로투스 바카라 이온 배터리의 두 배 이상체중 에너지 밀도와 함께 사용할 수있는 배터리 일 것으로 예상되며 연구 개발이 진행 중입니다 그러나, 로투스 바카라 폴리 설파이드가 배출로 인해 양극 전극으로부터 용리되어 배터리 수명에 부정적인 영향을 미친다는 문제가있다

AIST는 이전에 나노 구조화 된 전극 재료가 차세대 "로투스 바카라 이온 배터리"(2008 년 8 월 27 일에 발표 된 Aisode Press) 또한 전기 자동차의 에너지 밀도를 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다로투스 바카라-공기 배터리(Aisotech Press 발표 2009 년 2 월 24 일,2012 년 11 월 5 일 AIST의 주요 연구 결과) 현재 우리는 로투스 바카라 공기 배터리를 차세대 저장 배터리로 조사하고 있습니다나트륨 이온 배터리, 또한 로투스 바카라 황 배터리를 개발하고 있습니다

로투스 바카라 황 배터리는 음성 전극의 금속 로투스 바카라과 양극 전극의 황 사이의 전기 화학 반응을 이용합니다 배출이 진행됨에 따라, 양극 전극의 황은 음성 전극으로부터 로투스 바카라과의 전극 반응에 의해 형성되며, 이는 방출 중간체 (초기 조성물 S₈→ li₂S₈→ li₂S₆→ li₂S₄→ li₂S₂→ li₂s) 그러나 Li₂S₈, li₂S₆, li₂S₄와 같은 로투스 바카라 폴리 설파이드 용해도가 높고 유기 전해질에 쉽게 용해되고 해산되어 폴리 설파이드 이온을 허용합니다 (S_n^2- :4

이 기사에서, 폴리 설파이드의 용리를 방지하는 대신, 우리는 음성 전극쪽으로의 움직임을 제한하기 위해 가스 분자의 흡착 및 분리에 자주 사용되는 "분자 체"인 금속 유기 구조를 사용하기로 결정했습니다

금속 유기 구조가 "분자 체"의 효과를 나타내는 이유는 하위 나노 미터에서 몇 나노 미터 범위에서 일정한 크기의 3 차원 미세 기공이 있기 때문입니다 분리기 재료는 로투스 바카라 이온 크기의 마이크로 기초를 갖는 금속 유기 구조로서 선택되었지만, 폴리 설파이드 이온은 통과 할 수 없었다 또한, 금속 유기 구조는 결정질이기 때문에 균열이 발생하기 쉬운 단점을 가지고 있지만, 우리는 이제 옥사이드 층과 혼합되어 유연성을 제공하는 복합 금속 유기 구조 필름을 합성했습니다 이것이 로투스 바카라 황 배터리에 대한 분리기로 사용되었을 때, 문제였던 셔틀 효과가 억제되었고, 충전 및 배출 용량 감소 및 사이클 특성의 악화가 방지되었으며, 장기간 동안 안정적인 전하 및 배출주기 특성이 확인되었다

그림 1은 1C (= 1,673 ma/g)의 현재 밀도로 분리기로 개발 된 복합 금속 유기 구조 필름을 사용하여 로투스 바카라 황 배터리의 배출 용량을 보여줍니다쿨롱 효율| 보여졌다 초기 활성화의 경우 약 100 배를 제외하고, 100 ~ 1,500 배의 방전 용량이 거의 열화되지 않았으며, 1,500 시간의 방전 용량은 900 mAh/g로 유지되었으며, 이는 좋은 사이클 특성을 나타냅니다

그림 1 1C의 현재 밀도로 측정 된 로투스 바카라 황 배터리의 방전 용량 및 쿨롱 효율

앞으로, 우리는 복합 금속 유기 구조 필름을 분리기로 사용하여 실용적으로 사용하기에 우수한 성능을 가진 로투스 바카라 황 배터리를 개발하는 것을 목표로합니다

◆ 금속 유기농 구조

금속 유기 구조 (MOF :금속 유기 프레임 워크)는 금속 및 유기 리간드의 상호 작용에 의해 형성된 다공성 배위 네트워크 구조를 갖는 물질이다 그것은 일반적으로 사용되는 활성탄 및 제올라이트보다 더 큰 특이 적 표면적을 갖는 3 차원 미세 다공성 물질이며, 가스 흡착, 분리 기술, 센서 및 촉매를 포함한 많은 분야에 적용될 것으로 예상된다[참조로 돌아 가기]

◆ 로투스 바카라 황 배터리

음성 전극의 활성 재료로서 금속 로투스 바카라으로 구성된 배터리 및 양성 전극의 활성 물질로서 황[참조로 돌아 가기]

◆ 로투스 바카라 폴리 설파이드

로투스 바카라 황 배터리의 배출로 생산 된 Li 중간 제품₂S_n(2 ≦ n <8)는 2 개 이상의 황 원자를 함유하는 화합물이기 때문에 폴리 설파이드라고합니다 이 중 폴리 설파이드 Li₂S_n(4n^2-(4

◆ 1c

1c는 공칭 정전 용량 값을 갖는 셀에서 일정한 전류 전류가 일정한 전류 값을 말하고 정확히 1 시간 안에 배출을 종료합니다 여기서, 로투스 바카라 황 배터리의 양극 전극의 이론적 용량은 1,673 mAh/g이기 때문에 1C의 현재 값은 1,673 ma/g입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 로투스 바카라 이온 배터리

현재 실제 사용중인 배터리는 가장 높은 작동 전압 (3-4 V)을 나타내며 양성 전극으로 로투스 바카라 코발 테이트와 같은 전이 금속 산화물을 사용하고, 유기 전해질은 유기 전해질로 구성된 재료입니다 충전 동안 로투스 바카라 이온을 양의 전극에서 음극 전극으로 이동시키고, 방전 동안 음의 전극에서 양의 전극으로 이동함으로써 충전 및 방전 될 수있는 스토리지 배터리로 작동한다 그것은 1990 년대 초에 실질적으로 사용되었으며, 배터리 부피 또는 무게 당 추출 할 수있는 에너지 (에너지 밀도)가 다른 배터리 시스템보다 훨씬 높기 때문에 휴대 전화 및 랩톱과 같은 모바일 장치의 필수 전원이되었습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 체중 에너지 밀도

배터리 중량 당 저장된 전기 에너지의 양 전기 에너지는 배터리의 평균 전압의 생성물과 추출 할 수있는 전류의 총 용량으로 표현됩니다 이 값이 클수록 주어진 양의 전기 에너지를 덮을 수있는 배터리의 무게가 낮아 지는데, 이는 실제 용도에 유리합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 로투스 바카라-공기 배터리

음성 전극 활성 재료로서 금속 로투스 바카라으로 만든 배터리 및 양성 전극 활성 재료로서 공기의 산소 로투스 바카라은 모든 금속의 이온이 될 가능성이 가장 높기 때문에 음의 전극으로 사용되면 전극과 양극의 전위차가 크기 때문에 전압이 높아집니다 또한 로투스 바카라과 산소는 모두 가벼운 원소이므로 배터리가 더 가볍고 용량이 커질 것으로 예상되며 자동차 배터리로 적용하기 위해 연구가 수행되고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 나트륨 이온 배터리

로투스 바카라 이온 배터리와 마찬가지로 배터리는 음성 전극 활성 재료, 양의 전극 활성 재료 및 유기 전해질로 구성되지만 로투스 바카라 대신 나트륨을 사용하여 로투스 바카라의 자원 제한을 극복하는 것을 목표로합니다 충전 동안 양의 전극에서 네거티브 전극으로 나트륨 이온을 이동시키고, 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동함으로써 스토리지 배터리로 작동한다 이 나트륨 이온 배터리는 2000 년대 초 연구자들에 의해 제안되었지만 아직 실용적으로 사용되지 않았습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 쿨롱 효율

쿨롱 효율은 저장 배터리의 배출 용량의 비율입니다 쿨롱 효율의 감소는 전하 용량과 관련하여 배출 용량이 감소하여 에너지 손실을 초래한다는 것을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]