リチウム電池の火災と爆発のリスクを解決する準備ができている中国の女性博士課程の候補者

電気自動車のリチウムイオン電池は、短絡すると発火または爆発する可能性があり、重大な安全上のリスクをもたらします。5年前、武漢理工大学の修士課程の学生として、Lun Li博士はこの問題の解決策を模索し始めました。現在、同機関のポスドク研究員として、彼女は画期的な発見をしました。彼女の研究は、Nature Chemical Engineeringの最新号に掲載されました。

武漢理工大学物理学・力学学部のHe Daping教授の指導の下、この研究特許は工業化に成功裏に転換されました。ある企業が30,<>万円を投資して生産規模を拡大しました。研究チームは、この技術の検証を継続するためにHainan Zhangyu Technology Co., Ltd.を設立し、実行可能であることが証明されればすぐに実装する計画である。

思いがけない実験からのブレークスルー

リチウムイオン電池は、発生する熱が十分に速く放散できないため、火災や爆発を起こしやすく、蓄積して一連の発熱反応を引き起こし、最終的には熱暴走を引き起こします。この問題を防ぐためには、内部の発熱を制御し、熱伝達を改善することが重要です。

2020年、実験中に李博士は、発火して爆発したバッテリーを分解し、正極の金属集電体がほぼ完全に燃え尽きていることを発見しました。これらのコレクターは通常、アルミニウムまたは銅でできています。

「これは、金属集電体と熱暴走との間に関連性があることを示唆しています」と、Li博士はHe Daping教授とMai Liqiang教授に語りました。彼らは一緒に、難燃性材料が金属製の集電体に取って代わることができるかどうかを考えました。このような材料は、バッテリーのサイズが大きくならないように、高い熱伝導率、優れた難燃性、および十分な密度を備えている必要があります。

彼らの注目は、ユニークな2次元材料であるグラフェンに向けられました。リー博士は、アルコールランプに30分間置いて難燃性をテストしましたが、驚くべきことに、無傷のままでした。この予想外の結果は、彼女の研究室の仲間を驚かせました。

「私たちは、従来の金属集電体に代わる高熱伝導グラフェン集電体の使用を提案し、バッテリーの安全性を大幅に向上させました」とLi博士は述べています。彼女の研究は、深セン大学のヤン・ジンロン准教授からも指導を受けました。

高温でグラフェン集電体を2回鍛造

ただし、グラフェンを集電体として使用するには、良好な導電性を維持しながら、十分な機械的強度と薄さ(少なくとも10〜20マイクロメートル)を達成する必要があります。

16日の朝、長江日報の記者が武漢理工大学のグラフェンフィルム合成研究室を訪れました。李博士は金属箔のロールを見せ、「これはリチウムイオン電池の正極によく使われるアルミ集電体です。銅は金属集電体としても使用されます。」次に、彼女は非金属材料のロールを見せ、「これは武漢漢慈科技有限公司で大量生産されたグラフェン集電器です」と言いました。

レポーターは、グラフェン集電体がセミの羽のように細いことを観察しました。李博士はそれを何度も曲げ、変形を起こさないようにしました。「厚さはわずか10マイクロメートルで、顕微鏡で見ると何度曲げても亀裂は出ません。その繊細な外観にもかかわらず、老子の炉で神話上の孫悟空を鍛造するのと同じように、<>回の高温鍛造が施されています。」

Li博士は、研究室にある2つの高温黒鉛化炉を指摘し、生のグラフェン材料が2つの高温処理を受けて最終的なグラフェン集電体材料を鍛造することを説明しました。

生産検証のための30,<>万円の投資

グラフェン集電体材料が開発されると、武漢理工大学のナノテクノロジー研究室に送られ、構造特性評価と安全性試験が行われました。次に、チームはこの材料を使用してソフトパックバッテリーを製造し、一連の電気化学的性能試験を実施しました。

記者は、ナノテクノロジー研究所にはリチウムイオン電池だけでなく、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池、および電気化学試験を受けている他の種類の電池も収容されていることを指摘しました。

Li博士は、彼女のリチウムイオン電池が武漢理工大学の高温高圧物理学研究所でもテストされたことを共有しました。深セン大学のYang Jinlong准教授と実験データについて頻繁に議論し、結果を分析し、研究の次のステップを計画しています。

「ここ数年、私はグラフェン膜合成研究室、ナノテクノロジー研究室、高温高圧物理学研究所の間を頻繁に行き来してきました。でも、疲れを感じることはなく、結果を出すことができれば、充実感を感じます」と、この研究を5年間続けてきた李博士は語ります。来年ポスドクの任期が終わった後も、この研究をさらに深化させていくつもりです。

李博士は、ある企業がすでに30,<>万円を投資して生産規模を拡大しており、検証が成功すれば、その技術はまもなく実装されることを明らかにしました。