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Jan 18, 2024

ナトリウム

Busan National University di Busan, Corea del Sud Le prestazioni delle batterie agli ioni di litio sono elevate

釜山国立大学、釜山、韓国

リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、サイクル寿命が長いため、電気自動車だけでなくポータブル電子機器にも不可欠です。 しかし、リチウムは高コストで供給が限られているため、代替エネルギー貯蔵システムの開発が必要です。 この目的を達成するために、研究者らはナトリウムイオン電池（SIB）を候補として提案しています。

ナトリウムは、リチウムと同様の物理化学的特性を有することに加えて、持続可能であり、コスト効率も優れています。 しかし、そのイオンは大きく、拡散速度が遅いため、市販されているグラファイトアノードの炭素微細構造内へのイオンの収容が妨げられます。 その結果、SIB アノードは構造が不安定になり、保存性能が低下します。 この点において、ヘテロ原子をドープした炭素質材料が有望である。 しかし、その準備は複雑で、高価で、時間がかかります。

韓国の釜山国立大学の Seung Geol Lee 教授が率いる研究チームは、炭素質 SIB アノードを調製するための前駆体としてキナクリドンを使用しました。 「キナクリドンなどの有機顔料は、さまざまな構造と官能基を持っています。その結果、さまざまな熱分解挙動と微細構造が発現します。エネルギー貯蔵材料の前駆体として使用される場合、熱分解されたキナクリドンは二次電池の性能を大きく変える可能性があります。したがって、キナクリドンは二次電池の性能を大きく変えることができます。有機顔料前駆体の構造を制御することで、高効率な電池を実現することが可能です」とリー氏は説明した。

研究者らは研究で 2,9-ジメチルキナクリドン (2,9-DMQA) に焦点を当てました。 2,9-DMQA は平行分子充填構造を持っています。 600 °C での熱分解 (熱分解) により、2,9-DMQA は赤みがかった色から黒色に変わり、61 という高い炭化収率が得られました。 次に研究者らは、根底にある熱分解メカニズムを説明するために包括的な実験分析を実行しました。

彼らは、メチル置換基の分解により 450 °C でフリーラジカルが生成され、平行充填方向に沿った結合架橋によって縦方向に成長した微細構造を持つ多環芳香族炭化水素が形成されると提案しました。 さらに、2,9-DMQA の窒素および酸素を含む官能基がガスを放出し、微細構造内に無秩序なドメインが形成されました。 対照的に、熱分解された非置換キナクリドンは高度に凝集した構造を発達させました。 これは、形態の発達が前駆体の結晶配向によって大きく影響されることを示唆しました。

さらに、600 °C で熱分解した 2,9-DMQA は、SIB として高レート能力 (0.05 A/g で 290 mAh/g) と優れたサイクル安定性 (5 A/g で 134 mAh/g、1000 サイクル) を示しました。アノード。 窒素含有基と酸素含有基は、表面の閉じ込めと層間距離の増加によってバッテリーの保存をさらに強化しました。

「キナクリドンなどの有機顔料は、ナトリウムイオン電池の負極材料として使用できます。効率が高いため、大規模なエネルギー貯蔵システムの量産に効果的な戦略となるでしょう」とリー氏は述べた。

詳細については、Seung Geol Lee 教授までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。

この記事は、『Battery & Electrification Technology Magazine』2023 年 3 月号に初めて掲載されました。

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