次世代バッテリー向けの金属フリース素材を開発(Metal fleece: material for the batteries of the future)

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2025-05-21 マックス・プランク研究所(MPG)

次世代バッテリー向けの金属フリース素材を開発(Metal fleece: material for the batteries of the future)

マックス・プランク研究所の研究チームは、リチウムイオン電池の性能と製造効率を高める新素材「金属フリース電極」を開発しました。この三次元構造は微細な金属繊維で構成され、電極の厚みを従来の10倍以上にしながら、リチウムイオンの移動速度を約56倍に向上。結果としてエネルギー密度は最大40%増加し、製造コストも30〜40%削減可能です。この技術はスタートアップBatene GmbHにより商業化が進められ、電気自動車などへの応用が期待されています。

<関連情報>

極厚電極を可能にするヘルムホルツ層におけるイオン移動度の向上 Enhanced Ion Mobility in Helmholtz Layer Enabling Ultrathick Electrodes

Yuanzhen Wang,Florian Aubermann,and Joachim P. Spatz
ACS Nano  Published April 28, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c04343

Abstract

A previously unknown mechanism for enhancing the diffusivity of lithium ions in liquid electrolytes is reported by immersing a charged copper surface in an electrolyte, which forms a laterally ultramobile Helmholtz layer at the copper-electrolyte interface. A microfluidic chip in combination with Raman spectroscopy and molecular ab initio dynamic simulations allowed for a quantitative study and mechanistic description of the diffusion enhancement. The synthesis of an ultrafine copper fiber fleece with a large copper surface area enables the fabrication of a 3-dimensional graphite/copper fleece composite electrode. Such electrodes demonstrate enhanced ion diffusivity and electrical conductivity compared to traditional electrodes without copper fleece but with copper foil. This electrode design allows electrochemically functional ultrathick anodes of up to 1.2 mm thickness and 32 mAh/cm2 areal capacity in half-cell format. The fleece electrodes use half the amount of copper compared to conventional foil-based electrodes and therefore provide significantly higher volumetric and gravimetric energy densities.

0402電気応用
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