ナイオン電池の高容量SnSアノードとエーテルおよびエステル電解質におけるその特徴

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• 硬い炭素 (HC) アノードの低体積エネルギー密度は,ナトリウムイオン (Na-ion) バッテリーの開発を制限する.
• この制限を克服するには 高密度で高容量な材料が必要です
• チン硫化物 (SnS) は,変換および合金反応により,理論的には1022 mAh g−1および5335 mAh cc−1の容量を提供します.

研究 の 目的:

• SnSベースの複合材料を用いたナイオン電池のための高性能アノドを開発する.
• 熱的に活性化されたグラファイト (t-G) の添加がSnSアノドの性能に与える影響を調査する.
• SnSアノードの電気化学的振る舞いに対する電解質の影響を評価する.

主な方法:

• SnSとt-Gの複合材料をボール磨きで製造する.
• 異なる電解質溶液 (エーテル基対エステル基) で複合アノドの電気化学試験
• 反応メカニズムを研究するために,X線 difraktionとdilatometryを用いてin-situ分析を行う.

主要な成果:

• SnSに重量5%のt-Gを加えると,容量とサイクル寿命が大幅に向上し,最初は608mAhg−1で,100サイクル後に439mAhg−1に達する.
• SnS-t-G電極は,カレンダーなしで,商用HCアノドに匹敵する283 mAh cc−1 (電極レベル) の体積容量を達成します.
• エーテルベースの電解質はエステルベースの電解質よりも優れた性能を示し,より高い貯蔵容量とより長いサイクル寿命を可能にします.

結論:

• SnS-t-G複合材料は,高体積密度ナイオン電池のための有望なアノド材料です.
• エーテルベースの電解質は,特に0V近くの合金反応において,SnSアノドの完全な可能性を解き放つために不可欠です.
• この研究は,サイクル中の変換反応に対する合金反応の可逆性を強調して,反応機構を明らかにする.