增强电动汽车电池的阳极材料

Azom与来自The Rajashekar Badam博士进行了交谈日本高级科学技术学院欧洲杯线上买球（Jaist）关于他最近制造的阳极制造方法，该方法可以为锂离子电池的快速充电铺平道路。

在当前的气候变化问题上，为什么要从燃气车转向电动汽车（EV）如此重要？

从总体而言，整个世界都处于从对化石燃料基于化石燃料的能源到更可再生能源的过渡阶段。现在比以往任何时候都更重要，我们就气候变化做出了巨大的决议。车辆污染是整体污染的主要因素。因此，汽车行业正在朝着电动汽车降低污染水平和对化石燃料的依赖。

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为什么增强电动汽车比传统汽油动力汽车更具吸引力是重要的？

锂离子电池是电动汽车的关键组成部分。但是，由于几个国家 /地区的Li和Co金属分布的差异，目前它们的昂贵，其中一些在政治上是不稳定的。

除了安全性，电动电动汽车中使用的电池的耐用性以及用过的电池架的命运是客户的关键问题。这些是阻碍电动汽车大众市场扩展的一些瓶颈。

除了自主权，安全性和耐用性外，人们从电动汽车中想要的主要内容是什么？

除了上述方面，大多数人想要的最重要的增强是减少充电时间。当前的大多数旗舰电动汽车至少需要40至90分钟才能完全充电。相反，只需几分钟即可装满常规汽油动力汽车的水箱。

当前电池研究人员和行业的前景是优化电池及其材料以实现超快速充电。欧洲杯足球竞彩

是什么激发了您对EV电池增强的研究？

在几种类型的阳极材料中，石墨是唯一看到商业化面孔的候选者。欧洲杯足球竞彩与Li and Co不同，在供应方面，石墨对行业的挑战较小。但是，当前的大多数电动汽车行业更喜欢合成石墨而不是自然石墨，以提高性能。

合成石墨很昂贵，对环境产生了严重影响。此外，由于慢速锂离子扩散动力学的固有残疾，石墨没有能力达到电动汽车行业的快速收费需求。

石墨烯（和其他2D材料）可能有助于解决这些问题欧洲杯足球竞彩，但是由于其成本，商业化仍然牵强。

我们看到了我们团队在Jaist，材料科学，聚合物化学和电化学的独特技能探索这一空白的巨大范围。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

目前，为电动汽车充电大约需要40分钟，而传统的燃气汽车可以在短短几分钟内“充电”。

要使电动汽车成为燃气汽车的有吸引力且可行的替代品需要什么充电时间？

为了使电动汽车成为常规燃气车的可行替代品，电池的充电时间需要减少至至少15-30分钟。这将使客户满意度保持一定程度。但是目前的想法是实现10分钟的充电，以达到其充电状态（SOC）的80％，这种类型的充电被称为极端快速充电（XFC）。

您能概述您的团队如何实现极快的锂离子电池（LIBS）？

阳极内锂离子扩散的改善和可用的静电活性位点是确定阳极材料的快速充电能力和高特定能力（可以存储每克活性材料的总电荷）的关键方面。

作为一种设计策略，可以通过增加碳层的间间距或引入电化学活性异质原子（如氮）来改变这两种材料。尽管在过去的十年中，基于氮掺杂的石墨烯/碳的报道，使用氧化石墨烯或蔗糖作为碳和尿素/三聚氰胺作为氮的来源，但可以实现的最大掺杂量仍为<<<<<<<<<15％的炭收益率<40％。

这些低炭收益工艺产生了大量的温室气体，例如CO₂在准备期间。因此，我们的策略是开发一种具有单个前体作为碳和氮的来源和具有高炭收益率和增加层间间距的氮的源方法。

使用PY-PBI-800阳极和LICOO，带有两个CR 2025硬币电池的玩具车演示₂阴极。

在这种背景下，我们的研究小组（Noriyoshi Matsumi教授，Tatsuo Kaneko教授，高级讲师Rajashekar Badam，技术专家Koichi Higashimine，研究研究员Yueying Peng和Student Kottisa Sumala Patnaik）使用了Heat-Resistant Polybenzimidazole，A Sumala Patnaik）氮原子近22％的聚合物，作为准备碳材料的单一来源。

使用简单的热解方法，与3.3Å的石墨相比，在材料中保留了近17 wt％的石墨，制备了氮掺杂的碳的3.5Å。

通常，更宽的层间空间改善了促进快速充电过程的锂离子的自由扩散。在我们的方法中发现了炭收益率约为95％，这意味着在材料制备过程中，我们已经降低了近55％的温室气体排放。

此外，使用XPS观察到石墨，吡啶素和吡咯氨酸类型的硝基元被引入碳基质中。

当使用阳极半细胞进行电静脉电荷 - 分离时，新型氮掺杂的碳材料PY-PBI-800，以高速率（当前速率相当于石墨的电流速率为10 c），至少是两倍的能力最多3000个周期。

此外，细胞以极快的充电速率为7.5、11和18.6 Ag循环^-1，这需要25、15和3.5秒的费用。该电池显示出稳定的性能，最多3000个循环，其容量保留率超过80％。

您使用了哪些技术来验证前体材料的成功合成？

在这项研究中，我们使用FT-IR光谱验证了前体材料的成功合成。

您是否将这种材料的性能与其他常用材料进行了比较，如果是，这种测试的结果是什么？欧洲杯足球竞彩

新型碳材料PY-PBI-800已与最常用的电池级石墨进行了比较。以0.04、0.07和0.20 a g的速率^-1，PY-PBI-800交付的排放能力为388、326和254 mA H G^-1，而石墨分别提供了258、244和145 mA H G的排放能力^-1。

总而言之，PY-PBI-800在所有充电速率上的能力几乎是具有出色稳定性的石墨能力的两倍。

该提出的阳极材料的优点是什么？

新型的碳材料PY-PBI-800是从基于生物的聚合物作为前体的。在热解法期间，大约95％的炭屈服减少了温室气体排放。在实验室规模的准备方面，PY-PBI-800的成本比商用N掺杂石墨烯低45倍。

PY-PBI-800阳极材料具有许多有趣的优势，例如高初始库仑效率，更高的特定能力，可环性和数千个循环的非常快的充电等方面的充电等。

最重要的是，可以对聚合物前体进行各种结构修饰，以调整碳材料的层间间距，氮掺杂含量，表面积，孔径等。因此，有很大的可能性来调整结构，从而使阳极材料的活性使用常规前体（如蔗糖/石墨和尿素/三聚氰胺）是不可能的。

什么时候将这种快速充电能力实施到商业上可用的电动汽车中？

美国能源部已设定了一个目标，可以在2028年10分钟内实现XFC。因此，XFC的商业实现可能在未来5 - 10年内。

您的研究的下一步是什么？

可以对现有的聚合物前体进行各种结构修饰，以优化某些特征，例如表面积，间间距，孔隙度，含量和类型的氮掺杂到碳基质中。

热解条件的修饰也将对碳的结构方面产生影响。

将来，我们的目标是通过与行业的联合研究进行社会实施。我们希望快速充电技术的发展将导致发展有助于实现低碳社会的技术。

关于Rajashekar Badam博士

自2019年以来，日本高级科学技术研究所（JAIST）的Rajashekar Badam博士一直在日本高级科学技术研究生院担任高级讲师。他从SRI SATHYA SAI学院获得了化学硕欧洲杯线上买球士学位印度高等教育，2011年。他获得了博士学位。Jai欧洲杯足球竞彩st的欧洲杯线上买球材料科学获得了“ 2016年度杰出研究生奖”。此外，他曾在日本丰田技术学院担任博士后研究员。2018年4月，他加入了Matsumi Lab，Jaist，作为助理。教授在晋升为同一小组的高级讲师之前。他的主要研究兴趣是能源材料，电化学和电催化。欧洲杯足球竞彩2021年，他获得了田中基金祖库纪念基金会（Tanaka Kikinzoku）的年轻研究员奖。