実用化された電池向けのシリコン負極材料の可能性を解き放つ

Sep 02, 2023

2023年8月31日

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JooHyeon Heo、蔚山科学技術院

Nature Energy に掲載されたレビューの中で、UNIST エネルギー化学工学部の Jaephil Cho 教授は、商業化された電池に適用できるシリコン正極材料を評価するための分析プロトコルを紹介しています。 この研究では、二次電池部品として大きな注目を集めているシリコン負極材料を取り巻く特性と課題を深く掘り下げています。

シリコンは、その優れた重量容量により、高エネルギーリチウムイオン電池の従来のグラファイトアノードに代わる有望な代替品として浮上しています。 しかし、サイクル中の激しい体積膨張などの固有の問題が、電池開発におけるSiアノードの広範な使用を妨げてきました。 これらの問題への対処において研究室は大きな進歩を遂げてきましたが、産業界で使用されているほとんどの Si 含有電池 (Si アノードが亜酸化シリコンまたは Si-C 複合材料で構成されている場合) には、限られた量のシリコンしか組み込むことができません。

研究チームの包括的な分析は、シリコン含有電池の実際のエネルギー密度に影響を与える重要な要因を調査しています。 カレンダー寿命、安全性への懸念、コストへの影響など、実際のセル設計に大きな影響を与えるすべての重要な側面を考慮しながら、セル動作中の電極の膨張やカットオフ電圧などの現象を調査します。

さらに、この論文では、新しく開発されたシリコン陽極の実現可能性と実行可能性を評価することを目的としたテストプロトコルを提案しています。 これらのプロトコルは、これらの先進的な材料を商用電池アプリケーションに組み込む際に、最適な性能、効率、耐久性、安全性を確保するための貴重な洞察を提供します。

Cho教授のチームが強調した重要な発見の1つは、導電性炭素粒子内にシリコン粒子を均一に分散させながら、シリコン粒子のサイズを5nm未満に縮小することが、既存の限界を克服する大きな可能性を秘めていることである。 研究者らによって報告された最近の進歩には、ガス蒸着によって炭素複合粒子上に原料を蒸着することが含まれており、これは粒子サイズを 1 nm 以下に縮小できる合成技術です。 この革新的なアプローチにより、90% を超える初期効率と大幅に改善された寿命特性が実証されました。

「現在専門誌で報告されているシリコン陽極材料の評価方法はある程度限られており、商業的な実現可能性を判断するのは困難です」とチョ教授は述べた。 提案された分析プロトコルは、このギャップを埋め、商業化された電池におけるこれらの材料の実用的な可能性を評価するための包括的な枠組みを提供することを目的としています。