日本研究人員評估碳電極漿料的分散性 以優化電池和燃料電池
時間:2023-08-30 21:36來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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鋰離子電池是現代電子產品的動力源，而燃料電池是可持續性能源設備非常有前景的選擇。影響鋰離子電池和燃料電池性能的重要因素之一是碳漿料的分散性。碳漿料是由分散在溶劑中的導電碳顆粒制成的懸浮液，很容易涂覆在金屬集電器上用于批量生產電極。但是，漿料中的碳顆粒必須分散均勻，才能保證電池性能可靠。
（圖片來源：東京理工大學）
然而，評估具有高顆粒濃度的厚漿料的分散性十分困難。由于存在大量的顆粒，難以使用直接光譜技術來觀察漿料的內部結構。此外，目前還沒有方法來評估在涂覆過程中剪切應力對漿料的分散性和導電性能的影響。
據外媒報道，由日本東京理科大學（TUS）Isao Shitanda副教授負責的研究團隊開發出一種估算碳漿料分散性的新技術。
研究人員結合流變儀（一種用于測量流體響應施加應力的流動/變形行為的科學儀器）和光譜儀裝置，以甲基纖維素（一種纖維素衍生化合物，可用作食品和化妝品中的增稠劑和乳化劑，以及容積性瀉劑和滴眼液/耳藥水）作為分散劑，測量乙炔黑漿料的電化學阻抗。他們在不同頻率的剪切應力的影響下進行了實驗，以獲得流變阻抗譜，從而提供有關漿料中碳顆粒內部結構的信息。有趣的是，研究人員發現，在施加剪切應力的情況下，具有良好分散性的碳漿料的阻抗譜未出現明顯變化。
此外，該團隊開發了一個由三類接觸電阻和電容組成的等效電路模型，包括乙炔黑顆粒之間的接觸電阻和電容，顆粒體的接觸電阻和電容，以及測量裝置設計產生的接觸電阻和電容。乙炔黑的體電阻與剪切速率無關，但隨著甲基纖維素濃度的增加而降低。此外，在每一種甲基纖維素濃度下測得的電阻，都隨著剪切速率的增加而升高，這是由于碳-碳網狀物被部分破壞，以及電導率隨著剪切速率增加而降低。
這些結果共同表明，可以根據粘度（用流變儀測量）和電化學阻抗測量值來評估電極漿料的分散性。Shitanda博士認為，這種新方法具有發展潛力。“這項研究提出的見解可能有助于提高大規模電極制造工藝的效率。在這些工藝中，必須嚴格控制漿料的內部結構。”
制備具有更高分散性的漿料還有助于改善鋰離子電池的性能和增強功能材料。通過促進太陽能電池板、燃料電池和電動汽車的應用，這將為建設可持續性碳中和社會做出重大貢獻。
Shitanda博士總結道：“此次提出的方法不僅可以用來評估碳分散體的分散性，還可以用來評估各種漿料的分散性。在未來的研究中，研究人員計劃通過改變顆粒類型和粘合劑組合來進行進一步的測量和等效電路驗證。”
(責任編輯：子蕊)
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