グラフェン Changes the World

  イリノイ大学シカゴ工学部の研究者らは、グラフェンが、リチウム電池の火災から酸素を奪う可能性があると報告しています。 リチウム電池が発火する理由には、急速なサイクルや充放電、電池内の高温などがあります。これらの条件は、電池内部の正極（ほとんどのリチウム電池の場合はリチウム含有酸化物、通常はリチウムコバルト酸化物）が分解して酸素を放出する原因となります。この酸素が、十分な高熱下で電解質を分解して放出された他の可燃性生成物と結合すると、自然発火が起こる可能性があります。 「酸素が正極から出て、電池内の他の可燃性生成物と混ざるのを防ぐ方法があれば、火災が発生する可能性を減らすことができると考えました」と、UIC工学部の機械・産業工学の准教授であり、論文の原著者であるReza Shahbazian-Yassar氏は述べています。 研究者たちはまず、グラフェンを化学的に変化させて導電性を持たせた。次に、コバルト酸リチウム正極電極の微粒子を導電性グラフェンで包みました。 彼らは、グラフェンで包んだ酸化リチウムコバルト粒子を電子顕微鏡で観察したところ、高熱下での酸素の放出が、包んでいない粒子に比べて大幅に減少していることを確認した。 次に、包んだ粒子を結合材で結合させて使用可能な正極を形成し、リチウム金属電池に組み込んだ。電池のサイクル中に放出される酸素を測定したところ、非常に高い電圧でも正極から酸素がほとんど放出されないことがわかりました。 リチウム金属電池は、200サイクル後も良好な性能を維持していた。 「同じ条件下で性能が約45%低下した従来のリチウム金属電池と比較して、ラップド正極電池は、急速サイクル後に容量が約14%しか低下しなかった」とSharifi-Asl氏は述べている。 「私たちの研究では、正極に使用することで酸素の放出を確実に抑えることができ、携帯電話から車まであらゆるものに電力を供給しているこれらのバッテリーの火災リスクを大幅に低減できる可能性があることを示しています」 Graphene coating could help prevent lithium battery fires

ミュンヘン工科大学（TUM）のローランド・フィッシャー教授（無機・金属有機化学）との共同研究チームは、高効率のスーパーキャパシタを開発しました。このエネルギー貯蔵デバイスの基礎となるのは、現在利用されている電池と同等の性能データを持つ、新しく強力で持続可能なグラフェンハイブリッド材料です。 このハイブリッド材は、エネルギー貯蔵デバイスの正極として機能します。研究者たちは、チタンと炭素をベースにした実証済みの負極と組み合わせています。 この新しいエネルギー貯蔵デバイスは、最大73Wh/kgのエネルギー密度を達成しており、これはニッケル水素電池のエネルギー密度とほぼ同等であるだけでなく、16kW/kgの電力密度で他のほとんどのスーパーキャパシタよりもはるかに優れた性能を発揮します。 グラフェンハイブリッドの性能の決め手は、大きな比表面積と制御可能な細孔サイズ、そして高い導電性です。「この材料の高性能は、微多孔性MOFと導電性グラフェン酸の組み合わせに基づいています」と、筆頭著者のJayaramulu Kolleboyina氏は説明します。 「優れたスーパーキャパシタには、大きな表面が重要です。それは、材料内にそれぞれ多数の電荷キャリアを集めることを可能にします」。 研究者らは、巧みな材料設計により、グラフェン酸とMOFを連結するという偉業を成し遂げています。得られたハイブリッドMOFは、1グラムあたり900平方メートルという非常に大きな内面を持ち、スーパーキャパシタの正極として高い性能を発揮します。 しかし、新材料の利点はそれだけではありません。化学的に安定したハイブリッドを実現するには、成分間の強い化学結合が必要です。この結合は、明らかにタンパク質のアミノ酸間の結合と同じであるとフィッシャー教授は言う。「実際、我々はグラフェン酸とMOF-アミノ酸を接続し、一種のペプチド結合を作り出しているのです」。 ナノ構造成分間の安定した結合は、長期的な安定性という点で大きなメリットがあります。結合が安定していればいるほど、性能を大きく損なうことなく、より多くの充放電サイクルが可能になります。 比較のために。従来のリチウムアキュムレータの耐用年数は約5,000サイクルです。TUMの研究者が開発した新しいセルは、10,000サイクル後も90%近くの容量を維持しています。 Powerf