阳极材料,提高电动汽车电池

AZoM博士说话Rajashekar Badam从日本先进科学技术研究所亚博老虎机网登录(JAIST)关于他最近制定阳极制造方法,铺平了道路的快速充电的锂离子电池。

与当前气候变化问题,为什么它这么重要的天然气汽车转移到电动车(电动车)?

整个世界,由大型的阶段过渡的依赖化石燃料能源可再生的。现在比以往任何时候都更重要的是,我们对气候变化做出重大决议。车辆的污染是一个整体污染的主要原因。因此,汽车行业正朝着EVs减少污染和化石燃料的依赖。

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为什么它是重要的提高电动汽车比普通燃油汽车使他们更有吸引力吗?

锂离子电池是电动汽车的重要组成部分。然而,他们目前昂贵由于李的分布差异和金属有限公司在几个国家,其中一些在政治上不稳定。

与安全、耐用的电池用于电动汽车和电池使用的命运站作为客户的关键问题。这些瓶颈阻碍电动汽车的大众市场扩张。

除了自治、安全性和耐久性,什么是人们想从电动汽车的主要的事情是什么?

除了上述方面,最重要的增强,大多数人想要的是充电时间的减少。大多数当前的旗舰电动车至少需要40 - 90分钟完全充电。相反,它只需要几分钟来填补普通燃油汽车的油箱。

当前的电池研究人员和行业前景是优化电池及其材料,使超快充电。亚博网站下载

是什么启发了你研究电动汽车电池的增强?

在几种类型的阳极材料,石墨是唯一的候选人,商业化的脸。亚博网站下载不像李和Co,石墨是相对少的挑战时行业供应。然而,大多数现有的电动汽车行业更喜欢合成石墨在天然石墨为更好的性能。

合成石墨是昂贵的和对环境有严重的影响。此外,石墨没有能力达到电动汽车的充电快需求行业由于其固有的锂离子扩散动力学缓慢的残疾。

石墨烯(和其他二维材料)可能有助于解决这些问题亚博网站下载,但是商业化还是牵强由于其成本。

我们看到一个巨大的范围与独特的技能,我们探索这个腔隙JAIST团队,结合材料科学、高分子化学和电化学。亚博网站下载亚博老虎机网登录

目前,电动汽车充电需要40分钟左右,而传统的天然气汽车可以在几分钟内“充电”。

使电动汽车充电时间需要实现一个有吸引力的和可行的替代天然气汽车吗?

为了使电动汽车一个可行的替代常规天然气汽车,电池的充电时间需要至少15 - 30分钟。这将镇静水平的客户满意度。但目前的想法是实现10分钟充电达到80%的电荷状态(SoC),和这种类型的充电称为极端快速充电(XFC)。

你能概述你的团队如何实现极其充电快锂离子电池(LIBs) ?

改善锂离子扩散阳极和可用的活跃网站内lithiation是确定的关键方面的快速充电能力和较高的比容量(总可以存储的电荷量每克活性物质)的阳极材料。

设计策略,这两种材料属性可以修改通过增加碳层的层间间距或引入电化学氮等杂原子掺杂。尽管有很多报道在过去的十年中基于nitrogen-doped石墨烯/碳使用石墨烯氧化物或蔗糖作为碳源和尿素/三聚氰胺为氮源,能够达到的最大掺杂是< char产量的15% < 40%。

这些低炭产生过程产生大量的温室气体如有限公司₂在准备。因此我们的战略是开发一个简单方法与单一前体的碳和氮高炭产量和增加了层间间距。

玩具车演示两个CR 2025硬币细胞使用py - pbi - 800阳极和LiCoO₂阴极。

与这一背景下,我们的研究小组(教授Noriyoshi Matsumi,教授Tatsuo Kaneko老讲师Rajashekar Badam,技术专家Koichi Higashimine研究员Yueying彭,和学生Kottisa Sumala Patnaik)使用耐热聚苯并咪唑,近22%的氮原子的生物聚合物,作为一个来源的碳材料做准备。

使用一个简单的热解方法在800℃,nitrogen-doped碳制备一种改进的层间间距为3.5与3.3相比,石墨,和近17 wt %的氮保留在材料。

一般来说,更广泛的夹层空间提高了锂离子的自由扩散,促进了快速充电的过程。char收益率被发现~ 95%在我们的方法,这意味着我们减少了近55%的温室气体排放在材料制备过程本身。

此外,观察到用XPS,石墨,pyridinic pyrrolic类型的氮和引入碳矩阵。

使用阳极进行了恒电流充放电时汹涌,这部小说nitrogen-doped碳材料、py - pbi - 800,比石墨高速度(当前利率相当于10 C石墨)与至少两次3000周期的能力。

此外,细胞循环以极快速充电率为7.5,11日和18.6 Ag)^1,这需要25、15和3.5秒收。电池显示性能稳定3000周期保持80%以上的能力。

你使用什么技术来验证成功的合成的前体物质?

在这项研究中,我们验证了使用红外光谱法成功合成的前体物质。

你把这种材料的性能与其他常用的材料,如果是这样的话,这样的测试的结果是什么?亚博网站下载

新型碳材料,py - pbi - 800,比较最常用的电池级石墨。在当前利率的0.04,0.07,和0.20 g⁻¹py - pbi - 800交付放电能力,388年326年和254年马h g⁻¹分别,而石墨交付放电能力258年,244年和145年马h g⁻¹。

总之,py - pbi - 800显示近两倍的能力石墨异常稳定的收费标准。

这种提议的阳极材料的优点是什么?

新型碳材料,py - pbi - 800,来自生物聚合物作为前体。大约95% char收益率在热解方法减少温室气体排放。py - pbi - 800的成本,在实验室规模制备方面,发现45倍低于商业n型石墨烯。

py - pbi - 800阳极材料有许多有趣的优点,如首次库仑效率高,更高的比容量,cyclability和快速充电数成千上万的周期,等对电化学行为。

最重要的是,各种结构的修改可以使聚合物前体调整层间间距,氮掺杂含量、表面积、孔隙大小、等,碳材料。因此,有一个大调整结构和可能性,因此,阳极材料的活动,这是不可能使用蔗糖等传统的前体/石墨和尿素/三聚氰胺。

当这实现进入商业化电动汽车充电快能力吗?

美国能源部。设定一个目标,到2028年实现XFC在10分钟。因此,商业实现XFC可能在未来5 - 10年内。

你研究的下一步是什么?

可以进行各种结构修改现有聚合物前体优化某些特征,如面积、层间间距,孔隙度、内容和类型的氮掺杂碳矩阵。

修改的热解条件也会影响结构方面,因此,碳的电化学性能。

在未来,我们的目标是为社会实现通过与行业的联合研究。我们希望快速充电技术的发展将导致技术的发展为实现低碳社会。

关于博士Rajashekar Badam

博士Rajashekar Badam一直在商学院高级讲师先进科技、日本先进科学技术研究所(JAIST),日本,自2019年以来。亚博老虎机网登录他获得了M。Sc在化学从斯里兰卡Sathya赛高等学院,印度,2011年。他获得JAIST材料科学博士学位,2016年“优秀亚博网站下载研究生奖”。亚博老虎机网登录此外,他曾在丰田技术研究所、日本,博士后研究员。2018年4月,他加入了Matsumi实验室,JAIST, Asst.教授被晋升为高级讲师之前在同一组。他的主要研究兴趣是能源材料、电化学和电催化作用。亚博网站下载2021年,他是一个接受者的青年研究者奖田中Kikinzoku纪念基金会。