世界人口の増加と質の高い生活により、エネルギーは私たちの日常生活の重要な部分になっています。現在、エネルギー消費の必要性はその生成と一致していません。このように、エネルギー貯蔵は世界的な大きな課題の 1 つになっています。近年、携帯電話、ドローン、電気自動車、ノートパソコン、スマート グリッドなどの電子機器に使用するリチウム イオン電池が開発されています。リチウム イオン電池は、電気化学反応によってエネルギーを蓄え、提供します。
電力が少ない、充電が遅い、高価である、寿命が短い、過酷な作業条件には適さないなど、多くの欠点がありました。それらを克服するために、研究者はより優れた電極材料の開発に多大な努力を払ってきました。最も報告されているものの 1 つは、五酸化バナジウムです。
この材料は、リチウムイオン電池の性能を向上させるための重要な要素であるインターカレートされたリチウムイオンのための挿入スペースを提供する独自の層状結晶構造を持っています。彼らの最近の研究の 1 つで、テキサス A&M 大学のリーチ チームは、電極材料として使用される五酸化バナジウムの構造と性能を分析しました。
彼らは、材料を電極に適したものにするいくつかの重要な特性を発見しました。電極としての過酸化バナジウムには、リチウム イオン インターカレーションの 3 つのモードがあります。 1 つ目は、2.5 ～ 4 V の狭い電位ウィンドウ内に挿入されたリチウム イオンです。 2 つ目は、2 ～ 4 V の中間ウィンドウ内に挿入された 2 つのリチウム イオンです。 3 つ目は、1.5 ～ 4 V の広いウィンドウ内に挿入された 3 つのリチウム イオンです。電池の電気化学的性能は、リチウム イオンがどのように挿入されたかによって左右されることがわかっています。新しいバッテリーが良好かどうかは、どうすればわかりますか?パフォーマンスを測定するための「定規」として使用できる要因がいくつかあることがわかりました。
その一つが大容量バンドと呼ばれるものです。この用語は、V2 の比容量の最大能力に関する新しい概念を表しています。 O5 電極。適用される電流密度に応じて、充放電サイクルを通じて、直列出力容量に達することができます。各挿入モードの最大容量帯域の値 (V2 の O5 電極) が最適なパフォーマンスに到達します。これは、高容量帯域に位置する比容量値の最高ピークとして説明できます。その中で、特定の能力の最大値を追求します。
この発見に基づいて、電極を設計するための最良の方法を見つけることができます。ヒントは、たとえば、階層構造を使用してエネルギーパワーを高めることです。炭素材料またはイオンを追加してエネルギー密度を高めます。多孔質集電体を使用して容量を増やします。
詳細は論文に記載されています:Yuan Yue and Hong Liang, Micro- and Nano-Structured Vanadium Pentoxide (V2 O5 ) リチウム イオン電池の電極については、ジャーナル Advanced Energy Materials に掲載されています。 .
