主題:バッテリー技術 リチウムイオンUCLA
基礎的な発見と新しい技術により より良く安全で充電可能な電池が作れます
UCLAリチウム金属電池の安全性と効率を向上させる 革新的な発見をしました研究者達はリチウム原子が 独特の12面の形をしていることを発見しましたこのイノベーションは,リチウム電池技術に革命をもたらし,安全性と性能を向上させる可能性があります.
充電可能なリチウムイオン電池は スマートフォンや電気自動車に電力を供給し 太陽光発電や風力発電の貯蔵装置なども搭載しています
リリーウム金属電池という技術から生まれていますが これほど広く開発や採用されていませんでした その理由がありますリチウム金属電池は リチウムイオン電池の2倍ほどのエネルギーを保持する可能性があります燃え尽きたり 爆発したりする危険性がはるかに高まります
リチウム 金属 電池 に 関する 革命 的 な 研究
現在UCLAのカリフォルニアナノシステム研究所が 実施した研究では より安全なリチウム金属電池を 作れる 基本的な発見が明らかになりましたこの研究は8月2日に自然.
金属リチウムは 化学物と反応しやすいので 通常の条件では 金属が電極のような表面に敷かれるときに 腐食がほぼ即座に発生しますしかしUCLAの研究者は 腐食を防ぐ技術を開発しリンチウム原子は リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が リンチウム原子が
リチウム金属電池の構造的側面を理解する
リチウム金属に関する論文は数千冊あり,構造の記述はほとんど質的なもので,例えば"塊状"または"柱状"である.UCLA Samueli School of Engineeringで化学および生物分子工学の助教授であり,CNSIのメンバー表面の腐食を防ぐことで 形状が不明確になる代わりに金属の結晶構造に基づいた理論的な予測に一致する単一の多面体を見た最終的には,この研究により,リチウム金属電池の理解を改めることができるのです.
リチウム イオン バッテリー と リチウム 金属 バッテリー の 違い
リチウムイオン電池は 微小なスケールで 陽電荷のリチウム原子を 電子を覆う 檻状の炭素構造に 蓄積しますリチウム金属電池は代わりに電極を金属リチウムで覆いますリチウムイオン電池の10倍ものリチウムを 同じスペースに詰め込むことで 性能も危険も増加します
電気と電解質と呼ばれる塩の溶液を使用する 200年以上前の技術に基づいていますリチウムは突出する尖子を持つ微小な枝分かれの繊維を形成する電池では 2つのピークが交差すると ショートサーキットが発生し 爆発を引き起こす可能性があります
バッテリー の 安全 と 性能 に 関する この 発見 の 影響
リチウム・金属電池の爆発リスクが軽減できることを示唆する.原子が交差する形ではなく 秩序ある形に蓄積するからですこの発見は高性能エネルギー技術にも 大きく影響する可能性がある.
科学者や技術者は,金,プラチナ,銀を含む金属をナノキューブ,ナノ球,ナノ棒などの形に合成するための20年以上もの研究を行ってきました.リーが言ったリチウムの形を知った今 疑問は 蓄電池の安全性や性能を高めるために 密集できる立方体を形成するように 調節できるかということです
リチウム堆積プロセスを再考する
これまでは溶液中の電解質の選択が表面上でリチウムが形成する形状を決定すると考えられていました.UCLAの研究者は別の考えを持っていました.
腐食フィルムを引き起こす反応を上回るほど早くリチウムを貯蔵できるかどうか調べたかった"と UCLAの博士課程生であるXintong Yuanは言います.このフィルムがないとリチウムはどのように成長するか見ることができます....
リチウム堆積技術の改良
研究者達は,腐食形よりも早くリチウムを蓄積する新しい技術を開発しました They ran current through a much smaller electrode in order to push electricity out faster — much like the way that partially blocking the nozzle of a garden hose causes water to shoot out more forcefully.
しかし,バランスが求められました. プロセスを過度に加速させると,短回路を引き起こすような,同じ尖った構造が生まれます.微小な電極の形を調整することで解決しました.
4つの異なる電解質を用いて表面にリチウムを敷き込み 標準技術と新しい方法の結果を比較しましたリチウムは4つの異なる微小な形状を形成しましたしかし,腐食のないプロセスで,彼らはリチウムが小さなドデカエドロンを形成することを発見しました平均的な長さです.
クリオ-エム を 用い て リチウム の 形 を 解明 する
研究者は 電子顕微鏡化 (Cryo-electron microscopy) と呼ばれる画像技術のおかげで リチウムの形状を見ることができました凍結したサンプルを通って電子を放射し,原子レベルまで詳細を表示し,サンプルにダメージを与えるのを抑制する.
クリオ-EM は タンパク質 や ウイルス の 構造 を 決定 する ため に 生物 科学 に は 普遍 的 に 普及 し て い ます.材料 科学 の 用法 は 増加 し て い ます.UCLA の 研究 者 たち は 2 つの 重要な 利点 を 持っ て い まし た.
まず 博士課程の学生だったとき 室温の電子束に曝されると 破裂するリチウムを 分析するために 低温電磁学を用いたことが 証明されました(彼の研究は 2017年にScience誌に掲載されました)2つ目は CNSIの電子イメージングセンターで実験を行ったことです材料研究に使用されるサンプルに対応するようにカスタマイズされたいくつかのクリオEM機器が宿っています.