バッテリーカトドは,垂直に並べられた微細構造で,方向性アイステンプレートで製造されています

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 化学工学

背景:

• バッテリー電極の従来のスラージコーティング (SC) は,リチウムイオン拡散を阻害し,高い放電速度で容量を制限する,歪んだ孔を持つランダムなマイクロ構造を生成します.
• N-メチル-2-ピロリドンのような有毒で燃える有機溶媒の使用は,環境と安全性の問題を提起しています.

研究 の 目的:

• LiNi$_{0.8}$Mn$_{0.1}$Co$_{0.1}$O$_{2}$ (NMC811) カソードを製造するための新しい指向氷テンプレート (DIT) メソッドを開発する.
• イオンと電子の輸送を改善するために,垂直に並べられたラメラと毛穴のチャンネルを持つ電極を作成します.
• バッテリー電極の水性処理を より持続可能にするため

主な方法:

• アニゾトロプ的マイクロ構造を形成するために,in situで進化した氷の構造を使用する方向性氷テンプレート (DIT).
• 飛行時間二次イオン質量スペクトロメトリー,伝送電子顕微鏡,X線光電子スペクトロメトリーを含む,表面に敏感な技術が採用された.
• エレクトロド性能の特徴,面積容量と放電率の能力を含む.

主要な成果:

• DITは,縦に並べられた構造を持つNMC811カトドを作成し,電極の質量負荷を2倍にしました.
• DIT電極は,1.4 mA cm−2のSC電極 (7.0 mAh cm−2) に比べて,かなり高い面積容量 (12 mAh cm−2) を示した.
• 5.7 mA cm−2 の高い電流密度で,DIT カドードは,SC 電極 (2.1 mAh cm−2 と 64 mAh g−1) よりも優れた容量 (9.8 mAh cm−2 と 186 mAh g−1) を維持した.

結論:

• 方向氷テンプレート (DIT) は,高エネルギー密度とNMC811の高速放電の間のトレードオフを効果的に克服します.
• DITは,垂直に並べられた構造を通して,より速い二重電子とイオン輸送を促進します.
• この方法は,より持続可能な効率的なバッテリー電極製造への道を提供し,危険な有機溶媒を排除する可能性があります.