リチウムイオン電池の正極として使用される2Dナノシート

電気自動車（EV）産業が発展するにつれて、これらの車両に電力を供給するための優れたリチウム（Li）イオン電池の研究開発努力も進んでいます。 急速充放電技術を探索、拡張し、バッテリ寿命を延ばすことは、開発にとって重要な課題です。 Liイオンの拡散、電極 – 電解質界面の特性、および電極多孔性などのいくつかの要因は、これらの問題を克服するのに役立ち、非常に急速な充電と超長寿命を達成することができます。

近年、厚さが数ナノメートルの薄いシートのような構造の二次元（２Ｄ）ナノ材料が、リチウムイオン電池の潜在的な陰極材料として登場している。 このナノシートは高いアスペクト比と高密度アクティブサイトを備えており、迅速な充電と優れたサイクリング性能を可能にします。 特に、遷移金属二ホウ化物（ＴＭＤ）に基づく二次元ナノ材料は研究者の関心を引き起こした。 TMDは、ホウ素と多価遷移金属原子のハニカム平面により、Liイオン貯蔵のための高い速度と長いサイクリング安定性を有することがわかった。

最近、日本科学技術院（ＪＡＩＳＴ）の能吉松美教授とインド工科大学（ＩＩＴ）ガンディナガル（Ｇａｎｄｈｉｎａｇａｒ）のカビル・ジャスジャ教授が率いる科学者グループが、ＴＭＤの可能性をさらに探求する始めた。 エネルギー貯蔵。

チームは二ホウ化チタン（TiB）の貯蔵ポテンシャルの最初の実験研究を行いました。₂）ベースの階層ナノシート（THNS）は、リチウムイオン電池の正極材料として使用されます。 チームはJAISTの元上級講師であるRajashekar Badamで構成されました。 Akash Varma、元JAISTの修士課程の学生; Koichi Higashimine、JAIST技術専門家、Asha Liza James、Ph.D. IIT Gandhinagarの学生です。 彼らの研究は ACS応用ナノ素材。

THNSはTiBを酸化することによって開発されました。₂ 粉 過酸化水素次いで溶液を遠心分離し、凍結乾燥する。

「私たちの仕事を際立たせることは、これらのTiBを合成するために開発された方法のスケーラビリティです。₂ ナノシート。 すべてのナノ材料がタイプの技術に変換されるためには、スケーラビリティは制限要因です。 私たちの合成方法は撹拌だけを必要とし、洗練された機器を必要としません。 これは、ＴｉＢが示す溶解及び再結晶挙動によるものである。₂これを研究室から現場につながる有望な橋にする偶然の発見です」とKabeer教授は説明します。

その後、チームはTHNSを活性正極材料として使用し、正極リチウムイオン半電池を構成した。 チームはTHNSベースのアノードの電荷蓄積特性を研究した。

チームは、THNSベースのアノードが380mAh / gの高い放電容量を示すことを発見しました。 電流密度 0.025A/gに過ぎません。 また、1000サイクル後10分の充電時間と89.7%の容量維持により、1A/gの高電流密度に対して174mAh/gの放電容量が得られることを確認しました。 さらに、THNSベースのリチウムイオンアノードは、約9〜14秒以内に超高速充電を促進する15〜20A / g程度の非常に高い電流速度を維持できます。 高い電流率で10,000サイクル後、80％以上の容量維持率が観察された。

本研究の結果は2D TiBの適合性を示した。₂ ナノシートは急速充電と長寿命です。イオン電池。 彼らはまた、TiBなどのナノスケールのバルク材料の利点を強調しています。₂類似容量電荷蓄積、優れた高速性能、優れたサイクル可能性など、有望な特性を実現します。

松美教授は、研究の潜在的な長期的な効果を説明しながら、「このような急速充電技術は、電気自動車の普及を加速し、様々なモバイル電子機器を充電するための待ち時間を大幅に減らすことができる。を刺激できることを願う」と話した。 最終的には、EVユーザーの利便性、都市の大気汚染の減少、ストレスの少ないモバイルライフにつながり、私たちの社会の生産性を向上させることができます」