世界最速5秒で充電できるバッテリー誕生

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本記事は、New Aluminum-Graphene Battery Can Be Charged In 5 Secondsを
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分50秒

・研究者は-40°Cから120°Cの温度範囲で動作し、5秒以内に充電できる新しいバッテリーを開発しました。

・250,000回の充放電サイクル後も容量の91％を保持できます。

・バッテリーは非常に柔軟性があり、10,000回の折り畳みに耐えます。

中国の浙江大学のエンジニアは、充電時間の点で優れた性能を誇る、超高速、全天候型、長サイクルのアルミニウムグラフェンバッテリーを開発しました。商業生産が開始されると、バッテリーは5秒で完全に充電され、その後2時間持続します。

バッテリーを開発した材料およびエンジニアリングの研究者は、バッテリーはより耐寒性があり、可燃性が低く、-40°Cから120°Cの温度範囲で動作できると主張しています。これらの主張に疑わしい目を向けた業界の専門家はほとんどいません。

バッテリーの負極はアルミニウム製で、正極はグラフェン製です。25万回の充放電サイクル後も容量の91％を維持できます。これは、今日流通しているリチウム電池よりもはるかに優れています。全気候エネルギーデバイス用に構築されており、10,000回の折り畳みに耐える優れた柔軟性を備えています。

スマートフォンと統合すれば、5秒で充電でき、2時間も使用できます。また、携帯電話を毎日10回充電しても、バッテリーは容量を失うことなく最大70年持続します。

デザインとパフォーマンス

アルミニウムイオン電池の正極材料を作るために、彼らはグラファイト、グラフェン、硫黄、金属硫化物を選びました。グラファイトカーボンは、急速充電や安定したサイクリングなどの機能を提供します。このような炭素ベースのカソードにエンジニアは4つの要件にて対応しました–

１．高度に結晶化したグラフェン格子。

２．大電流輸送および内部分極緩和のための連続電子伝導マトリックス。

３．材料の崩壊を防ぐための高い機械的強度とヤング率。

４．相互接続されたチャネルは、高い電解質透過性とイオン拡散を促進します。

これらの要件を満たすために、彼らは酸化グラフェン（GO）液晶溶液をGOフィルムに湿式紡糸またはキャストコーティングし、続いて化学還元して還元GO（rGO）フィルムを形成し、高温アニーリングすることによって製造された理想的なグラフェンフィルムを構築しました。

きちんと整列されたグラフェンシートは、配向していないグラフェンシートで構成されたグラフェンフォームよりも高い導電性と機械的特性をもたらします。rGO膜は、摂氏2850度でさらにアニールされて原子欠陥が復元され、長く連続したスライバリーグラフェン膜に変換されます。

バッテリーの性能は、主に電子とイオンが負極と正極の間をどれだけ速く走るかの状態に依存します。電極材料は、できるだけ多くの電子とイオンが自由に走ることができるようにする必要があります。通路が混雑していると、パフォーマンスに影響が出ます。これが、微細構造の品質、配向、多孔性に注意を払う必要がある理由です。それが、マクロ構造内の導電性ネットワーク、イオン輸送チャネル、およびイオンチャネルに影響します。

この設計原理により、アルミニウム-グラフェン電池は大きな一歩を踏み出し、驚異的な性能を発揮しました。以前は、アルミニウム電池の容量は約60mAh / gで推移しており、充放電サイクルは数千回未満でした。

バッテリーがZJU-120LEDを点灯| 画像引用：浙江大学

テスト後、2500万回の充放電サイクル後も120mAh / gのグラフェン正極容量は91％の容量を維持しました。同時に、急速充電は1.1秒以内に満たされ、111mAh / gの可逆容量を維持します。

一部の専門家は調査結果に魅了されていません

業界の専門家である中国電気自動車充電技術の副専務理事であるZhengJiatu氏によると、チームが発表した結果は有望ではないようです。「数値は注意して読む必要があります」と述べており、25万回の充放電サイクルのテストでさえ、それ自体が非常に長い時間がかかっています。これらの結果は、プロトタイプテストではなく、シミュレートされたデータモデルで実行された実験である可能性が高いです。

さらに、商業化には明確ではない課題があります。重要な要素には、コストパフォーマンス、特定の種類のバッテリーのエネルギー強度、安全性、信頼性、成熟したビジネスモデルなどです。まだ商品化されていない、実績のあるすぐに使えるテクノロジーは他にもたくさんあります。

しかし、研究チームは、克服すべき多くの障害をカバーするにはまだ長い道のりがあると述べました。彼らは、「スーパー」バッテリーはリチウムイオンバッテリーよりもはるかに優れていると信じていますが、それでも改善が必要なことがたくさんあります。さらに、従来のイオン液体電解質は非常に高価であり、より安価な電解質を見つけることができれば、アルミニウムイオン電池のビジネスチャンスはより広くなるでしょう。