新しい研究でリチウムプラチナを抑制する方法が判明

クイーン・メアリー大学ロンドン校

画像：黒鉛負極の充電過程におけるリチウム濃度の分布を色で表示もっと見る

クレジット: Xuekun Lu 他/Nature Communications

ロンドンのクイーン・メアリー大学のシュエクン・ルー博士が主導し、英国と米国の国際研究チームと協力した新しい研究で、充電時間の短縮につながる可能性がある電気自動車のバッテリーのリチウムメッキを防ぐ方法が発見された。 論文はNature Communications誌に掲載された。

リチウムメッキは、急速充電中にリチウムイオン電池で発生する可能性のある現象です。 これは、リチウムイオンがバッテリーの負極に挿入されるのではなく、その表面に蓄積し、成長を続ける金属リチウムの層を形成するときに発生します。 これにより、バッテリーが損傷し、寿命が短くなり、火災や爆発につながる短絡が発生する可能性があります。

Xuekun Lu 博士は、グラファイト負極の微細構造を最適化することでリチウムメッキを大幅に軽減できると説明しています。 グラファイト負極はランダムに分布した小さな粒子で構成されており、均一な反応活性と局所的なリチウム飽和の低減のために粒子と電極の形態を微調整することが、リチウムメッキを抑制して電池の性能を向上させる鍵となります。

「私たちの研究により、黒鉛粒子のリチウム化メカニズムは、その表面形態、サイズ、形状、配向に応じて、異なる条件下で変化することが明らかになりました。それは、リチウムの分布とリチウムめっきの傾向に大きな影響を与えます」とLu博士は述べました。 「先駆的な 3D バッテリー モデルの支援により、リチウム メッキがいつどこで開始され、どの程度の速度で成長するかを把握できます。 これは電気自動車の将来に大きな影響を与える可能性のある重要な進歩です。」

この研究は、急速充電中の黒鉛粒子内でのリチウムの再分配の物理的プロセスの理解を向上させることにより、高度な急速充電プロトコルの開発に新たな洞察を提供します。 この知識は、リチウムメッキのリスクを最小限に抑えながら、効率的な充電プロセスにつながる可能性があります。

この研究では、充電時間の短縮に加えて、グラファイト電極の微細構造を改良することでバッテリーのエネルギー密度を向上できることも判明しました。 これは、電気自動車が 1 回の充電でさらに遠くまで走行できることを意味します。

これらの発見は、電気自動車のバッテリー開発における大きな進歩です。 これらはより高速な充電、より長持ちする、より安全な電気自動車につながる可能性があり、消費者にとってより魅力的な選択肢となるでしょう。

ネイチャーコミュニケーションズ

10.1038/s41467-023-40574-6

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