水素元素を追加することでリチウムイオン電池の寿命を延ばすことはできますか？

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ラウンス・リフォ・ムーア国立研究所（LLNL）の研究者らは、リチウムイオン電池の電極に水素元素を加えることで電池容量を大幅に向上でき、動作時間が延長し、送電操作が加速されることを発見した。 リチウムイオン電池は充電式電池の一種で、放電時には電池から正極にリチウムイオンが移動し、充電時には正極のリチウムイオンが負極に戻ります。 リチウムイオン電池は充電式電池の一種で、放電時には電池から正極にリチウムイオンが移動し、充電時には正極のリチウムイオンが負極に戻ります。

リチウムイオン電池には、電圧、エネルギー密度などいくつかの重要な特性があり、これらの特性の性能は最終的にはリチウムイオンと電極材料の組み合わせによって決まります。 電極の構造では、化学特性や形状の微妙な変化が、リチウムイオンが強固に結合しているかどうかに大きな影響を与える可能性があります。 リバモア国立研究所の研究発明家らは、実験と計算を通じて、リチウムイオン電池において、水素処理したグラフェンフォーム電極がより高い容量とより速い伝送容量を示すことを発見した。

「これらの研究結果は質の高い分析を提供し、グラフェン材料をベースにした高出力電極の設計に役立つ」とLLNLの材料科学者モリスワング氏は語った。 彼はまた、Natural Science Report (NatureScientificReports Journal) に掲載されたこの論文の著者の一人でもあります。 ガレン材料は、リチウムイオン電池やスーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵素子の商業用途では、この材料をより低コストで生産する能力に重大な影響を与えます。

一般的に使用される化学合成法では、最終的に大量の水素原子が残るため、グラフェンの電気化学的性能への影響を判断することが困難です。 リバモア研究所の研究者らの実験により、水素元素が粒子が豊富なグラフェンのベース温度処理を意図的に改善し、実際にレート容量を改善できることがわかった。 水素元素の欠陥とグラフェンの欠陥により、より小さな細孔が開き、リチウムイオンが浸透しやすくなり、伝送速度が向上します。

新しいエッジに付着したリチウムイオン（水素元素に付着する可能性が高い）を通じて、より多くの循環容量を供給できます。 「電極の性能向上は重要な進歩であり、より現実的な応用の可能性を広げる可能性がある」とリバモア研究所材料科学部の博士研究員で研究論文の主要著者は語った。 研究者らは、グラフェンの水素化と水素化欠陥をリチウムイオン貯蔵特性に応用するために、結合水素元素にさらされるさまざまな熱処理条件を適用し、3Dグラフェンナノフォーム（GNF）の電気化学的特性に焦点を当てました。

欠陥のあるグラフェンで構成されています。 研究者らが 3D グラファイトナノフォームを使用するのは、水素貯蔵、触媒、濾過、断熱、エネルギー吸収、静電容量脱塩、スーパーキャパシタ、リチウムイオン電池など、さまざまな潜在的用途があるためです。 グラフェン 3D フォーム非粘着性接着剤の特性は、添加剤がより複雑であるため、より複雑になることはなく、したがってメカニズム研究の理想的な選択肢として使用できます。

「水素元素処理後、グラファイトオレフォーム電極は大きな進歩を遂げていることが分かりました。 この実験を組み合わせることで、欠陥と水素溶液間の微妙な相互作用と進行を追跡します。 グラフェンの化学と形態におけるいくつかの小さな変化の結果に応じて、パフォーマンスに驚くほど大きな効果をもたらす可能性があると、「LLNLの研究者もこの研究のもう一人の著者である」ブランドンウッド氏は言う。

この研究によれば、この制御された水素元素処理は、他のグラフェンベースのアノード材料にも使用でき、最適化されたリチウムイオン伝送とリサイクル可能なストレージアプリケーションを実現できます。