ブログ

Aug 26, 2023

研究者がグラフェンを示す

フランスとオランダの研究者は、全固体リチウム金属電池のグラフェンとグラジインの両方の表面が、Liの挿入を効果的に許可し、他のものを妨げることを示しました。

フランスとオランダの研究者らは、固体リチウム金属電池のグラフィンとグラジインの両方の表面が、他の電解質分子が電極に到達するのを防ぎながら、効果的にLiのインターカレーションを可能にすることを示した。 彼らの研究に関する論文は、Journal of Power Sources に掲載されています。

全固体電解質は、リチウム金属負極と組み合わせることで、全固体電池の性能における技術的な進歩につながる可能性があります。 ただし、リチウム金属アノードの使用には、デンドライトの成長、界面の電気化学的安定性、亀裂の形成と伝播、電極/電解質界面の剥離など、いくつかの課題があります。

この研究は、第一原理計算、ナッジ弾性バンド法、および古典的分子動力学シミュレーションを通じて、固体高分子電解質電池の電極保護に新しく合成された 2D グラフィンベースの膜 (つまり、グラフィン、グラディイン、およびグラフトリイン) を使用する有効性を調査することを目的としています。 。

具体的には、前述の課題を軽減する上でのこれらの膜の有効性を調査することを目的としています。

研究者らは、Li+ や Na+ などの小さなカチオンを透過させるグラフィン n (n = 1、2、3) 層で電極をコーティングすることで、電解質と電極の直接接触を防ぐ代替ソリューションを提案しました。

グラフィン (n=1)、グラジイン (n=2)、およびグラトリイン (n=3) は、アセチレン結合 (sp-) とベンゼン (芳香環) (sp 混成炭素原子) で構成される 2D 炭素同素体です。 グラフィンは、原子 1 個の厚さの平面シートです。 2010 年以降に合成されたグラフジインは、ジアセチレン結合を含む最も安定な非天然炭素同素体です。 グラフィン、グラディイン、グラフトリインのサイズがそれぞれ 3.94 Å、5.42 Å、6.69 Å の三角形細孔と共役炭素を含む多孔質構造のため、グラフィン n は Li+ などの小さなイオンの貯蔵サイトと拡散経路を提供します。

したがって、Li+ はグラフィン n 層に対して平行および垂直方向に拡散できるため、グラフィン n はエネルギー貯蔵電池における有望な 2D 材料になります。

研究された電池モデルは、2 つのグラフィン n 表面によって区切られた固体高分子電解質 (SPE) で構成されており、各表面はグラフィン n シートの 4 層で構成されています (n=1、2、または 3)。

研究者らは、イオン拡散プロセスを加速するために、最大 0.5 V/Å、0.75 V/Å、および 1 V/Å の高い外部電界を印加しました。 グラフィンベースの表面上の単一リチウムの吸着エネルギー、電荷移動、面内/面外拡散を調査しました。 その後、Liの透過性、電解質分子の除去効率、グラフィンベースのナノ多孔質膜の固有特性を計算し比較した。

リソース

Mohammed Lemaalem、Nabil Khossossi、Gaelle Bouder、Poulumi Dey、Philippe Carbonnière (2023) 「リチウム電池電極保護の有望な候補としてのグラフィンベースの膜: 原子シミュレーションからの洞察」、Journal of Power Sources、第 581 巻 doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

投稿日: 2023 年 8 月 20 日 カテゴリー: 電池, リチウム金属, 市場の背景, 材料 | パーマリンク | コメント (0)