ライアンMポール博士、2021年の遊雅堂 出金 遅いィン講師アメリカ炭素協会、過去125年間のバッテリーの遊雅堂 出金 遅いの開発について詳しく説明しています。
炭素材料は、125年以上にわたってバッテリー技術の重要な要素でした。最初の商業的に成功したバッテリーの1つである1.5ボルトのコロンビア乾燥細胞は、成形カーボンロッドを現在のコレクターとして使用しました。1コロンビア乾燥細胞は、亜鉛炭素バッテリーの特定のバージョンであり、カソードは炭素とマンガンの酸化マンガンの混合物であり、アノードは亜鉛であり、バッテリー容器として機能する缶に形成されました。コロンビア乾燥細胞には、以前のバッテリー設計よりもいくつかの実用的な改善が含まれており、1890年代から始まる大規模な市場スケールで成功裏に生産および販売されました。
コロンビア乾燥細胞およびその他の亜鉛炭素電池の可用性と人気は、電話、懐中電灯、アラームシステム、および自動化イグニッションシステムの電源を供給することにより、電気化の幼少期の家電アプリケーションの成長に大きく貢献しました。他にもたくさん。1
バッテリー技術における遊雅堂 出金 遅いの役割
電気化学エネルギー貯蔵におけるカーボンの役割は、乾燥細胞の時代からの時間の経過とともに増加しました。リチウムイオンバッテリー技術に関する研究が進行するにつれて、グラフェン層のスタックで構築された炭素の結晶構造の1つである遊雅堂 出金 遅いが、その構造内のリチウムイオンの優れたホストであり、ほぼ理想的である可能性があることがよく知られていました。3
リチウムイオンが遊雅堂 出金 遅い層の間に電気化学的に挿入されると、挿入と呼ばれるプロセス、化学は炭素（c）からLICに変化します6。これにより、理論的特異的エネルギー密度は372 mAh/gになりました。2）適切なインターカレーションカソードとして。2しかし、リチウムコバルト酸化物（LICOOの識別後2）1981年のポリカーボネート（PC）ベースの電解質を使用して、ジョンBグッドナウによる高電圧カソード材料として、遊雅堂 出金 遅いはその組み合わせで機能しないように思われました。2
問題は、PCが遊雅堂 出金 遅い構造を不可逆的に剥離することであり、急速な分解を引き起こしました。しかし、1980年代初頭、Akira Yoshinoと同僚は、PCベースの電解質とLicooと組み合わせると、アモルファス炭素が実行可能なアノード材料であることを発見しました。2カソードとして。この組み合わせは、許容可能なパフォーマンス、安全性、安定性があることがわかっており、1991年にソニーによって商品化されました。ウィッティンハム、グッドナフ、ヨシノのリチウムイオンイオンイオン技術の進歩への貢献は、ノーベル賞を受賞したときにしっかりと認められました。2,3
最終的に、電解質の化学と理解の進歩は遊雅堂 出金 遅いにつながり、1990年代半ばまでにアモルファス炭素が選択されたアノード材料ではありません。2,4最も重要な開発の1つは、固体電解質間期（SEI）と呼ばれる遊雅堂 出金 遅い表面に形成されるナノメートルスケール層を特定することでした。 SEIはアノードパフォーマンスにとって非常に重要であり、重要な研究分野のままです。5
天然および合成遊雅堂 出金 遅いのプロセスと使用
遊雅堂 出金 遅いの天然および合成形態は、リチウムイオン電池のアノード材料として使用できます。6-7「天然遊雅堂 出金 遅い」という用語は、一般に、アモルファス、フレーク、静脈遊雅堂 出金 遅いなど、複数のタイプの遊雅堂 出金 遅いを指します。ただし、実際にはフレーク遊雅堂 出金 遅いのみが、通常、リチウムイオンバッテリーアプリケーションに適しています。8
天然遊雅堂 出金 遅いは、最初に採掘され、集中的な粉砕、粉砕、浮遊を通じて重い鉱物から分離され、結果として生じるフレークはサイズと純度によって分離されます。天然の遊雅堂 出金 遅いフレークは、そのまま使用されません。8球状の遊雅堂 出金 遅いの丸い形状は、より高い密度で梱包され、遊雅堂 出金 遅い構造にリチウムイオンを簡単にアクセスできるようになります。最も純粋な形式のAsmined天然遊雅堂 出金 遅いは最大98％の純度を持っている可能性がありますが、バッテリーアプリケーションの場合、純度は99.9％を超える必要があるため、個別の精製ステップを実行します。8遊雅堂 出金 遅いは、表面処理またはコーティングステップを受けることもあります。4,6
1つの課題は、遊雅堂 出金 遅いを生成する自然地質プロセスの直接的な結果として、自然の遊雅堂 出金 遅いの品質、純度、および収量が鉱山によって、時には単一の鉱山内によって異なることです。8別の方法で、自然な遊雅堂 出金 遅いは、フライス材、サイジング、シェーピング、および精製ステップの外で根本的に変更することはできません。さらに、天然の遊雅堂 出金 遅いマイニングは地理的に濃縮されています。8
合成遊雅堂 出金 遅いには、自然プロセスを通じて遊雅堂 出金 遅い化されるという利点はありません。合成遊雅堂 出金 遅いの場合、出発点は非常に芳香性のある石油または石炭ベースの残留物です。4残留物は、連続したステップで熱的に処理され、コークスと呼ばれる炭素質材料を作成します。この段階では、ほとんどが不気味な炭素構造があります。ヨシノがバッテリーに使用したのはアモルファスカーボンコーラでした。2,3
コーラは、サイジングとシェーピングのステップを踏むことがありますが、製品を2,800°C以上に加熱するグラフ炎と呼ばれるプロセスで高温に熱的に処理されます。グラフティス後、合成遊雅堂 出金 遅いは天然遊雅堂 出金 遅いのようなフレーク構造を持っていませんが、ナノメートルスケールで高度な結晶秩序を持っています。4
自然および合成遊雅堂 出金 遅いは、リチウムイオン電池で使用するために必ずしも交換可能ではありません。4,6一般的に、天然遊雅堂 出金 遅いはナノメートルスケールで高度な結晶秩序を持っています。構造に収まるリチウムイオンの量は、理論的なものに近い重量容量を与えます。4実際には、バッテリーの充電は遊雅堂 出金 遅いのインターカレーション（リチエーション）ステップであるため、結果は充電時間が遅くなります。したがって、天然遊雅堂 出金 遅いの速度能力は一般に合成遊雅堂 出金 遅いよりも低いです。9
合成遊雅堂 出金 遅いには、設計する機能があります。9しかし、グラフ炎に必要な電力の量は重要なコスト要因です。自然および合成遊雅堂 出金 遅いの両方が、関与するステップの数により、約50％以下の全体的な製品収量が低いことに苦しむ可能性があります。4,6,7
最終的な遊雅堂 出金 遅いアノードパウダー製品は、20ミクロンのサイズ範囲です。9望ましいアノードパウダー特性は次のとおりです。
•大容量;
•最初のサイクル効率が高い;
•高レート能力;
•長いカレンダー（サイクル）寿命;
•高パック密度。そして
•高電気的および熱伝導率。
遊雅堂 出金 遅いのアプリケーションと研究
自動車（EV）アプリケーションの場合、フォルクスワーゲングループコンポーネントのデータによると、典型的な400 kgリチウムイオンバッテリーには約71kgの遊雅堂 出金 遅いが含まれる場合があります。10これは、アルミニウム以外にバッテリーで2番目に必要な材料です。10リチウムイオンバッテリーと呼ばれているにもかかわらず、リチウムの実際の量は約8kgです。10
遊雅堂 出金 遅いの可用性と品質は重要な考慮事項です。遊雅堂 出金 遅いはバッテリーアノード材料としてよく知られていますが、リチウムイオン電池で使用される高度に設計され、加工された遊雅堂 出金 遅いの形態です。11
遊雅堂 出金 遅い需要の主な成長ドライバーはEVですが、すべてのアプリケーションで成長が予想されます。遊雅堂 出金 遅いを必要としない新しいバッテリー化学と技術に関する重要な研究が進行中ですが、安全性、安定性、製造可能性を実証することには大きな負担があります。11確かに、今後10年間、遊雅堂 出金 遅い以外の材料を見ることは、安全性、安定性、パフォーマンス、コスト、および可用性を考慮して需要を満たすことを見ることは困難です。11
遊雅堂 出金 遅いアノード材料のためのいくつかのアクティブな研究領域があります。より高いエネルギー貯蔵容量と充電時間の速度が高いことが望まれます。4充電の速度は、遊雅堂 出金 遅いにリチエーション速度を強化する必要がある最も重要な領域の1つである可能性があります。4また、サイクルの寿命と全体的なパフォーマンスを改善するために、SEIの形成、進化、および安定性のより良い理解が必要です。5バッテリー寿命の終わりに遊雅堂 出金 遅いをリサイクルするという重要な問題もあります。12これは、バッテリーと製造方法で使用される化学物質によって挑戦的になります。12
ライアンMポール博士
ライアンは、オークリッジ国立研究所の化学科学部門のカーボンアンドコンポジットグループのR＆Dアソシエイトです。彼はB.E.
ライアンは、炭素材料科学の分野で国際的に認められています。彼は多作なテクニカルライターであり講演者であり、11の出版物、6つの招待講演、26の公開プレゼンテーション、30の遊雅堂 出金 遅いテック独自の内部技術メモを備えています。
彼は、業界と学術の両方の役割のために科学と工学の他の人を指導し、鼓舞し、科学的リテラシーを促進することに情熱を傾けています。彼は、アメリカ炭素協会とオハイオ科学アカデミーの諮問委員会に勤め、ASMインターナショナルのクリーブランド支部のアクティブな執行委員会メンバーであり、現在はオークリッジ支部の執行委員会メンバーでした。
参照
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- アセンバウアー、ヤコブ、トビアス・アイゼンマン、マティアス・クエンツェル、アージェ・カザジ、ゼン・チェン、ドミニク・ブレッサー。 「リチウムイオンアノード材料としての遊雅堂 出金 遅いのサクセスストーリー - ファンダメント、残りの課題、およびシリコン（酸化物）コンポジットを含む最近の開発」。持続可能なエネルギー＆燃料4、no。 11（2020）：5387-5416。
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- Xu、Chengjian、Qiang Dai、Linda Gaines、Minging Hu、Arnold Tukker、およびBernhard Steubing。 「自動車リチウムベースのバッテリーに対する将来の材料需要」。通信資料1、no。 1（2020）：1-10。
- Moradi、Bahar、およびGerardine G. Botte。 「次世代のリチウムイオン電池のための遊雅堂 出金 遅いアノードのリサイクル」。Journal of Applied Electrochemistry46、no。 2（2016）：123-148。
ライアンMポール博士
アメリカ炭素協会の2021年の遊雅堂 出金 遅いィン講師
paulrm@onl.gov
www.americancarbonsociety.org
https://www.linkedin.com/company/american-carbon-society
この記事は、私たちの第8版にも掲載されますにも掲載されています。四半期公開.
