スウォンジー大学の研究者とその共同研究者らは、欠陥のないグラフェン集電体を製造する拡張可能な方法を開発し、リチウムイオン電池の安全性と性能を大幅に向上させた。これらのグラフェン フォイルは優れた熱伝導性と耐久性を備えており、熱暴走のリスクを軽減し、特に電気自動車のバッテリー効率を向上させます。
研究者らは、リチウムイオン電池の安全性と性能を大幅に改善できる大型グラフェン集電体を製造する拡張可能な方法を開発した。スウォンジー大学の研究者らは、武漢理工大学および深セン大学と協力して、大規模なグラフェン集電体を製造する革新的な方法を開発した。この画期的な進歩により、リチウムイオン電池 (LIB) の安全性と性能が大幅に向上し、エネルギー貯蔵技術における重要な問題が解決されると期待されています。
Nature Chemical Engineering 誌に掲載されたこの研究では、商業規模で欠陥のないグラフェン箔を作成する最初の成功したスキームについて詳しく説明しています。これらの箔は、最大 1,400.8Wm-1K-1 という並外れた熱伝導率を備えており、これは LIB で使用される従来の銅およびアルミニウム集電体のほぼ 10 倍です。
「これはバッテリー技術にとって重要な前進です」と共同筆頭著者であるスウォンジー大学のルイ・タン博士は述べた。 「私たちのアプローチにより、グラフェン集電体を商用電池製造に簡単に統合できる規模と品質で生産できるようになります。これにより、効率的な熱管理により電池の安全性が向上するだけでなく、エネルギー密度と電池寿命も向上します。」
高エネルギーリチウム電池、特に電気自動車で使用される電池の開発において、最も差し迫った問題の 1 つは熱暴走です。熱暴走とは、過熱により電池が故障し、しばしば火災や爆発を引き起こす危険な状態です。これらのグラフェン集電体は、熱を効率的に放散し、熱暴走につながる発熱反応を防ぐことで、このリスクを軽減するように設計されています。
共同筆頭著者である深セン大学のヤン・ジンロン博士は、「私たちの緻密でよく整列したグラフェン構造は、可燃性ガスの生成に対して強力なバリアを提供し、電池セルへの酸素の侵入を防ぎます。これは致命的な故障を避けるために非常に重要です。」と説明しました。
新しく開発されたプロセスは実験室で成功しただけでなく、数メートルから数キロメートルまでの長さのグラフェンフォイルを製造できる拡張可能なソリューションです。研究者らは厚さ17ミクロン、長さ200メートルのグラフェン箔を製造し、プロセスの可能性を実証した。グラフェン フォイルは 100,000 回曲げても高い導電性を維持するため、フレキシブル エレクトロニクスやその他の高度なアプリケーションでの使用に最適です。
新しい方法では、カスタマイズ可能な厚さのグラフェンフォイルを製造することもできるため、より効率的で安全なバッテリーが得られます。
このイノベーションは、将来のエネルギー貯蔵技術、特に安全性と効率性が重要な電気自動車や再生可能エネルギーシステムに大きな影響を与える可能性があります。武漢理工大学のMai Liqiang教授とHe Daping教授、深セン大学のYang Jinlong博士、およびスウォンジー大学のTan Rui博士が率いる国際共同研究チームは、プロセスの改善を続けており、グラフェン箔の厚さを薄くし、その機械的特性をさらに改善することに継続的に取り組んでおり、スウォンジー大学のセレナ・マゴドナ教授のチームの支援を受けて、レドックスフロー電池やレドックスフロー電池など、リチウムイオン電池を超えたこの新材料の応用を探求しています。ナトリウムイオン電池。
/ScitechDaily から編集
DOI:10.1038/s44286-024-00103-8