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亜鉛アノードを安定化して亜鉛の性能を向上

POSTECHの化学科のSoojin Park教授とGyujin Song教授、およびPOSTECH先端材料科学部門の博士課程候補者Sangyeop Lee氏は、安定した水溶性亜鉛イオンを生成しました。

POSTECH 化学部の Soojin Park 教授と Gyujin Song 教授、および POSTECH 先端材料科学部門の PhD 候補者 Sangyeop Lee 氏は、水を電解質として使用する安定した水溶性亜鉛イオン電池を作成しました。 研究チームは、保護ポリマー層を使用して電極の腐食を防ぎ、亜鉛アノードの安定性を高めました。 これにより、水溶性亜鉛イオン電池の電気化学的安定性が向上しました。

この研究は「耐久性のある亜鉛金属アノードのためのイオン選択性および化学保護性の弾性ブロック共重合体中間相」と題され、Cell Reports Physical Scienceに掲載された。

リチウムイオン電池は、携帯電話やラップトップに使用されており、メーカーが選択する主要な技術であり、電気自動車や再生可能エネルギーなどのクリーンエネルギー技術での使用の重要性が高まっています。 これらの電池は軽量かつ大容量であるため、さまざまな用途に有利です。

しかし、従来のリチウムイオン電池には、使用されている有機電解質が可燃性が高く、致命的な火災や爆発を引き起こす可能性があるため、安全性に問題があります。 リチウムイオン電池は私たちの日常生活に広く使われている非常に重要なものであるため、これらの事故は使用者に直接的な損害を与える可能性があります。 これにより、より安全なバッテリー技術が求められています。

可燃性の有機溶媒ベースの電解質の問題を克服するために、代替となる可能性のある水性電解質電池が開発されています。 これらのバッテリーは本質的に安全であり、高いイオン伝導率を備えており、経済的メリットをもたらします。

亜鉛イオン電池はリチウムイオン電池の安全性の問題を克服できますが、亜鉛アノードは水性電解質中での可逆性が劣ります。 これらは亜鉛デンドライトと表面側の反応によって引き起こされ、亜鉛イオン電池の使用を妨げます。

亜鉛イオン電池の性能を向上させるために、POSTECH研究チームは、ブロックコポリマーを使用して多機能保護層でコーティングされた亜鉛アノードを開発しました。 バッテリーの充電および放電中、新しいポリマー層はその弾性により体積膨張に耐えることができます。

研究者らは、ポリマー保護層が均一化されたイオン分布を誘導し、樹枝状結晶の成長を抑制することを発見したため、ポリマー保護層を使用することによって亜鉛アノードの寿命も延長しました。 薄膜層が電極表面の電解液中の不要な化学反応や電気化学反応を抑制するため、電極の安定性も向上しました。

研究者らはまた、飛行時間型二次イオン質量分析法 (TOF-SIMS) 分析を使用して、コーティング層内の亜鉛イオンの動きを明らかにしました。 亜鉛イオンの動きのイメージングに成功したことで、バッテリーの陽極の表面特性に関するさらなる研究が期待される。

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