Development of CNT modified electrode for multivalent ion battery anode

多价离子电池负极用CNT修饰电极的研制

基本信息

批准号：
22K05291
负责人：
原正則
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyota Technological Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、Li以外のより埋蔵量の多い金属イオン、特に電池容量の大きい多価イオンを用いた二次電池のアノードに適用する新規な電極の開発を目的としている。この電極の開発において、これまでLiイオン二次電池のアノードとして開発してきたカーボンナノチューブ(CNT)修飾電極の活用とイオン種に合わせた構造の最適化を研究テーマとしている。2022年度は、CNT電極の開発において、(1)電池容量に大きく影響する電極の表面積の向上、つまり集電板上に直接、垂直配向させて合成したCNTの成長の向上、および(2)電池に用いるイオン種による集電基板との合金化への対応のための異なる集電板やバリア層上でのCNTの合成反応について研究を行った。垂直配向したCNTの成長量の向上では、アルコール触媒化学気相成長（AC-CVD）によりCNTの合成を行った場合、触媒に用いるCoの量を制御することで最大で約 5 μm程度までCNTの成長量を伸ばせること、さらにAC-CVD後の垂直配向したCNT膜上に再度、Co触媒を担持してAC-CVDを行う多段階合成を行うことで、3回の多段階合成により約10 μm程度までCNTの成長量が向上することが分かった。また、多段階合成したCNTを用いてLiイオン二次電池のアノードとしての充放電容量の測定を行った結果、CNTの成長量の向上に伴い容量が向上した。さらに、多段階合成におけるCNTの成長メカニズムについて透過型電子顕微鏡を用いて評価を行った。異なる集電基板上でのCNTの合成について、一般的に用いられるCu基板上にCrおよびAlのバリア層をスパッタした基板上でのAC-CVDによるCNTの合成、および高い安定性を持つインバー基板上へのマイクロ波プラズマ増強化学気相成長（MPE-CVD）によるCNTの合成を行い、それぞれ約5 μm程度の垂直配向CNTの成長に成功した。

该研究主题旨在开发一种新电极，该电极可以使用具有较大储量的金属离子（尤其是电池容量较大的多荷离子）应用于二级电池的阳极。在该电极的开发中，研究主题是使用碳纳米管（CNT）修饰的电极的使用，这些电极已开发为锂离子二级电池的阳极，以及针对离子物种量身定制的结构的优化。在2022财年，在CNT电极的开发中，我们对（1）电极表面积的改进进行了研究，这极大地影响了电池容量，即通过直接验证的CNT的生长，通过直接验证的CNT在当前收集器板上直接取向的CNT合成，以及使用当前收集器的当前收集器的合成，以及（2）与当前收集器的合成，以适应当前的收集者的合成，以适应不同的集群物质，以适应cnter的分层，以适应电池的合成。在电池中。 In order to improve the growth amount of vertically oriented CNTs, when CNTs are synthesized by alcohol-catalyzed chemical vapor deposition (AC-CVD), the growth amount of CNTs can be increased to a maximum of about 5 μm by controlling the amount of Co used in the catalyst, and in addition, by carrying out a multi-step synthesis using Co catalyst again on the vertically oriented CNT film after AC-CVD，CNT的生长量可以提高到约10μM，而多步合成三倍。此外，使用多阶段合成的CNT测量了锂离子二级电池的电荷/放电能力，因此，随着CNT的增加量的增加，能力提高了容量。此外，使用透射电子显微镜评估了多步合成中CNT的生长机制。关于CNT在不同电流收集底物上的合成，通过AC-CVD在底物上合成CNT，将Cr和Al的屏障层溅射在常用的CU底物上，CNT由Microwave Plasma增强的化学蒸气（MPE-CVD）在高度稳定的newts上合成，并在高度稳定的newts上合成CNT，并在高度稳定的范围内生长，并在sptrate上合成。 5μm成功。