수석 연구원 Shu, Shu 및 기타 수석 연구원 Shu 등은 Nanotube Practical Research Center, Nanotube Resp들 연구 센터 (Nanotube Research Institute of Advanced Industrial Science and Technology) (이하 "AIST")는 Yamagishi Tomoko, 일본 Zeon Co, Ltd의 연구원과 협력했습니다슈퍼 성장 단일 벽 탄소 나노 튜브(SGCNT)를 사용하여 만든 시트로 인해 바카라 금속 충전 및 방전 중에 생성 될 수 있습니다Dendrite (Dendrite)를 억제하는 기술을 개발했습니다 이 기술은 에너지 밀도가 높고 고용량을 가지고 있습니다바카라 금속 전극 (음성 전극)의 실제 적용에 기여합니다
바카라 이온 2 차 배터리에서 바카라 금속은 기존 음성 전극 재료 (예 : 흑연)에 비해 에너지 밀도가 매우 높습니다 그러나, 충전 및 배출 동안 바카라 수상 돌기의 성장으로 인해 배터리의 재료 구조가 파괴되었으며, 이는 종래의 음성 전극 기술의 수명에 영향을 미칩니다
이 기술에서, 바카라과의 높은 친화력을 갖는 SGCNT 시트, 높은 특이 적 표면적 및 높은 다공성을 갖는 SGCNT 시트를 제조하고, 분리기와 바카라 금속 전극 사이에 샌드위치함으로써 바카라 금속 전극의 수명이 크게 개선되었다 또한, SGCNT 시트는 대량 생산 될 수 있으며, 고성능 바카라 금속 전극은 미래에 실질적으로 사용될 것으로 예상 될 수있다 Japan Zeon Co, Ltd는 SGCNT 시트 샘플을 제공 할 계획입니다 이 기술의 세부 사항은 2022 나노 테크놀로지 전시회에서 발표 될 2022 년 1 월 26 일부터 28 일까지 도쿄 빅 시력에서 열릴 것입니다
SGCNT 시트를 사용하여 긴 수명의 대용량 바카라 금속 전극을 달성합니다
IoT 및 전기 자동차와 같은 애플리케이션의 확장이 가볍고 가볍고 대용량 바카라 이등 2 차 배터리가 필요하고 새로운 전극 재료 및 모든 고고 상태 배터리, 공기 배터리 및 바카라 황 배터리와 같은 다양한 유형의 저장 배터리가 개발되고 있습니다 그 중에서도 바카라 금속은 에너지 밀도가 높으며 2 차 배터리의 음성 전극 재료로 적극적으로 연구됩니다 그러나 전하 및 배출이 발생함에 따라 바카라 수상 돌기가 표면에서 자랍니다 결과적으로, 네거티브 전극과 양극 전극을 분리하는 분리기 손상으로 인해 배터리의 재료 구조가 변경되어 배터리 용량이 단기간에 감소하는 문제가 발생합니다 따라서, 바카라 금속 전극은 아직 실용적으로 사용되지 않았다 바카라 금속 전극의 안전하고 안전한 사용을 위해이 기사에 대해보고하는 기술은 바카라 이온 2 차 배터리의 성능을 크게 향상시키는 핵심 기술입니다
2004 년 AIST는 순도, 길고 높은 특이 적 표면적 및 우수한 분산 성인 단일 벽 탄소 나노 튜브 인 SGCNT를 개발했으며 2015 년 Nippon Zeon Co, Ltd는 성공적으로 대량 생산했습니다 그 이후로 AIST와 Zeon Japan은 SGCNT를위한 분산 및 필름 형성 기술을 개발하기 위해 협력했으며, 높은 표면적, 고 다공성 및 고 탄소 순도, 높은 바카라 친화력을 갖춘 대량 생산 된 SGCNT 시트를 성공적으로 개발했으며 배터리 및 기타 응용 분야의 응용 분야에서 작업하고 있습니다
바카라 금속이 바카라 이온 2 차 배터리의 음성 전극의 활성 재료로 사용될 수 있다면 배터리의 에너지 밀도가 크게 향상 될 수 있습니다 그러나, 충전 및 배출로 인한 바카라 금속 표면에서 바카라 수상 돌기의 성장은 다양한 도전을 초래했다
그림 1 코인 유형 대칭 셀을 사용한 전하 차지 가속 분해 실험
(a) SGCNT 및 LI를 사용한이 기술, (b) Li 단독을 사용한 기존의 음성 전극 기술
이 연구에서, 바카라 금속 전극의 내구성을 향상시키기 위해, 높은 특이 적 표면적을 갖는 SGCNT 시트, 높은 다공성 및 고 탄소 순도가 사용되었다 여기,도 1 (a)의 왼쪽에 도시 된 바와 같이, 바카라 금속과 분리기 사이에 sgcnt 시트가 삽입 된 전극 구조가 구성되었고, 코인 유형 구조가 음의 전극 및 양극 전극에 사용되었다대칭 셀를 사용하여 평가되었다 전하/방전 테스트에서, 전위차 (과전압)의 시간 변화를 측정하고 배터리의 악화를 진단했습니다 결과적으로,이 기술에 따라 바카라 금속과 SGCNT 시트의 조합으로 만든 전극이 사용될 때, 단위 면적당 충전/방전 전류는 2 ma/cm2, 충전/배출 용량은 2 mah/cm2조건 하에서, 200 시간 연속 안정적인 과전압이 유지되고 충전 및 배출이 계속 된 것으로 밝혀졌다 (도 1 (a)의 오른쪽) 한편, 바카라 금속이 전극 (도 1 (b)의 왼쪽으로 단독으로 사용될 때, 전극 사이의 과전압은 약 55 시간 후에 갑자기 상승한 것으로 밝혀졌으며, 바카라 금속의 전극 특성은 짧은 기간 동안 악화 된 것으로 밝혀졌다 (그림 1 (b))
그림 2 (a) 충전 및 배출 전후에 SGCNT 시트 표면의 스캐닝 전자 현미경 사진
(b) 충전 및 배출 전후에 Li 전극 표면의 주사 전자 현미경 사진
충전 및 배출 전의 SGCNT 시트의 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 사진은 공극을 갖는 SGCNT의 구조를 보여주고, 충전 및 배출 후 약 50 nm의 바카라 금속 입자가 균일하게 균일하고 밀집적으로 형성되어 Sgcnts (ANT) 탄소 나노 튜브는 바카라 금속에 대한 친화력이 높은 표면을 갖는다 또한, 충전 및 배출 전후의 바카라 금속의 SEM 사진에서 (도 2 (b)), 바카라 금속의 표면은 직경이 몇 μm의 직경을 갖는 막대 형 결정 입자로 덮여 있고, 바카라 덴 드라이트가 성장하는 것으로 관찰되었다
이 결과에서, 분리기와 바카라 금속 사이에 sgcnt 시트를 삽입함으로써 충전 및 배출과 관련된 바카라 수상 돌기의 성장이 효율적으로 억제 될 수 있음이 밝혀졌다 우리가 개발 한 SGCNT 시트는 높은 특이 적 표면적과 고 다공성을 이용하는 3 차원 구조를 가지고 있으며, 바카라과의 친화력이 높으며,이 바카라 금속이 충전 및 배출 중에 균일하게 반응 할 수 있으며, 우리는 바카라 수상 돌기의 결정 성장을 억제한다고 생각합니다
SGCNT 시트와 마찬가지로, 상업적으로 이용 가능한 다층 및 단일 계층 탄소 나노 튜브 (CNT)를 사용한 CNT 시트를 준비하고, 상기와 유사하게 CNT 시트와 동일하게 분리기와 동일하게 삽입되어 Lithium symmetric cherned a evide/righium 특성이 분리기와 동일하게 삽입되었다
그림 3과 같이, 단위 면적당 충전/배출 전류는 2 ma/cm2, 순환 용량은 2 mah/cm2로 전하 및 배출되면, 상업적으로 이용 가능한 다층 CNT의 A 및 B에 대한 과전압은 짧은 시간에 증가했으며, 약 100 시간 내에 정상 충전 및 배출은 불가능하여 전극 특성이 짧은 시간 내에 악화 될 수있었습니다 또한, 상업적으로 이용 가능한 단일 계층 CNT C 및 D를 사용할 때, 과전압은 초기 전하 및 배출로부터 극적으로 변동하고 과전압이 갑자기 50 시간 이내에 떨어지는 것으로 밝혀졌다
상업적으로 이용 가능한 다층 및 단일 층 CNT로 만든 CNT 시트를 사용하면 짧은 전하 및 배출로도 악화가 관찰 될 수 있으므로 바카라 수상 돌기의 억제 효과는 제한된 것으로 간주됩니다 또한, 바카라 수상 돌기를 억제하는 데 높은 특이 적 표면적, 높은 다공성 및 높은 바카라 친화력을 갖는 능력이 중요하다고 여겨진다
그림 3 충전 및 방전 특성 상업적으로 이용 가능한 CNT를 사용한 CNT 시트의 평가
또한 전하 밀도 및 배출 밀도는 10 ma/cm2및 10 mAh/cm의 순환 용량2(그림 4) 이 결과는 1000 시간의 전하 및 배출 후에도 잘 충전 및 배출 특성을 나타내는 것으로 나타 났으며, 이는 SGCNT 시트가 높은 에너지 밀도 및 대용량 전하 및 배출에도 불구하고 충분한 바카라 수상 돌기 억제 효과를 나타냅니다
이 결과에서, 분리기와 바카라 금속 전극 사이에 새로 개발 된 SGCNT 시트를 삽입함으로써 바카라 금속 전극은 고 에너지 밀도 및 대규모 용량으로 충전 및 배출에 안정적으로 사용될 수 있음이 밝혀졌다
그림 4 SGCNT 시트의 고속, 대용량 전하/방전 특성 평가
이제 우리는 SGCNT 시트의 바카라 수상 돌기 억제 효과의 메커니즘을 자세히 설명하고, 성능을 활용하는 고 에너지 밀도, 대규모 및 장기 수명 저장 배터리를 개발하고 SGCNT 시트를 실질적으로 사용하도록하는 것을 목표로합니다 이 연구에 사용 된 SGCNT 시트는 Nippon Zeon Co, Ltd에서 제공 할 수 있습니다 대량 생산도 가능합니다