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UNIST、充電速度1.5倍で容量50%アップした電気自動車バッテリー開発

次世代急速充電用の高容量負極素材製造技術を確保


UNIST(チョン・ムヨン総長)はエネルギーおよび化学工学部のチョ・ジェピル教授研究チームが既存の黒鉛負極素材よりも高速充電が可能であるだけでなく長期にわたって使用できる次世代負極素材を開発したと10月16日に発表した。

最近、電気自動車が注目される中、動力源となる二次電池の容量を増やし充電時間を短縮するための研究が進められている。しかし既存の黒鉛負極素材はリチウムイオンを貯蔵できる容量自体が少なく、高速で充電すると負極素材の表面にリチウムが析出されて電池の性能と安全性を低下させるという限界があった。

黒鉛負極素材の短所を克服できる物質として黒鉛より10倍以上容量が大きいシリコン素材が次世代負極物質として注目されている。しかしシリコンは電気伝導度が低く充放電時に体積が急激に変化するという問題があった。こうした理由で高容量かつ高速充電が可能なリチウムイオン電池を製造することはこれまで難しかった。

研究チームは既存の負極素材の限界を克服するために新たな構造をもつ黒鉛シリコン複合体を合成する方法を提示した。この方法で合成した「端部活性化黒鉛シリコン複合体」は商用化された電極の条件で1.5倍早く充電でき、容量も50%程度増えた。

本技術の核心は黒鉛にリチウムイオンが早く出入りできるいわば高速道路を作る「ニッケル触媒還元法」と安定的に容量を高める「シリコンナノコーティング」。ニッケルは炭素と水素を反応させる触媒として作用する。

研究チームはこうした点を利用して黒鉛負極素材の端部にニッケルをつけて水素と反応させた。その結果、黒鉛の端部にある炭素がメタン(CH4)ガスに変わって反応が連続的に起きながら黒鉛の端部に孔が生じ、リチウムイオンが容易に出入りする道が開かれる。通路が増えることで電池を早く充電できるようになった。

チョ・ジェピル教授は「シリコンナノコーティング技術で髪の毛の太さの1万分の1に程度の厚さのシリコンを黒鉛の表面上に均一にコーティングして黒鉛シリコン複合体を製造した。工程が比較的簡単で低コストでの大量生産も可能という長所がある」と述べた。

研究結果は『Nature Communications』電子版に10月9日付で掲載された。





[2017-10-18]

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