이중 금속 황화물, 특히 ZnS/CuS를 사용하면 전이 금속 황화물 및 탄소 섬유 재료를 사용하는 것보다 유연한 리튬 이온 커패시터 설계에 포함될 때 전기화학적 안정성과 성능이 크게 향상됩니다.

기술은 일상 생활, 특히 웨어러블, 유연한 기술 및 스마트 장치와 점점 더 통합되고 있습니다.전이금속 황화물(TMS)재료유연한 리튬 이온 커패시터(FLIC)를 개발할 때 양극으로 선택하는 데 인기가 있지만 실제로 적용할 때 이론적인 성능을 발휘하지는 못합니다.변화를 모색하는 연구원들은 FLIC의 성능을 향상시키기 위해 다중 채널 탄소 섬유(CF)에 내장될 수 있는 황화아연 나노입자를 개발했습니다.

결과는 다음과 같습니다출판됨~에에너지 소재 및 장치12월 13일에.

연구진은 다공성이 높고 표면적이 넓은 섬유 시트를 생산하는 방법인 용액 블로우 방사 방법을 활용하여 기존 분말 전극의 과제를 해결했습니다.그 다음에는 물질에 황화물 이온을 첨가하는 황화 반응이 이어졌습니다.

그 결과 생성된 물질은 ZnS/CuS 나노입자가 내장된 다중 채널 탄소 섬유입니다.이 물질은 전하 이동 및 이온 확산에 대한 저항이 낮을 뿐만 아니라 높은 비용량 및 속도 용량이 향상된 것으로 나타났습니다.혼합 금속 황화물을 FLIC와 결합함으로써 에너지 및 전력 밀도가 향상되었습니다.

"CF 기반 양극 재료의 에너지 및 전력 밀도를 향상시키는 효과적인 전략은 이를 고활성 재료와 결합하는 것입니다"라고 연구원이자 연구 저자인 Bohan Li는 말했습니다.

황화물과 결합된 아연과 같은 금속은 탄소 섬유와 함께 고용량 양극을 생성하는 데 좋은 실적을 보이는 것으로 보입니다.높은 활동 수준으로 인해 더 빠른 반응이 가능하며 이는 FLIC의 중요한 개선 영역입니다.

소재의 향상된 성능 외에도 탄소 섬유 네트워크의 구조는 나노입자가 뭉칠 가능성을 줄여 주기와 안정성의 일관성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

"탄소 섬유는 전도성 네트워크 및 3D 매트릭스로 기능하여 부피 확장을 수용하고 ZnS 및 CuS 나노입자의 고용량 특성을 극대화합니다. 이는 CF 기반 양극 재료의 특정 용량 및 주기 안정성을 향상시킵니다"라고 Li는 말했습니다.

탄소 섬유의 3차원 매트릭스는 또한 ZnS와 CuS가 팽창할 수 있는 정도를 감소시킵니다.배터리 내부 부품의 팽창으로 인해 최소한의 기능은 저하될 수 있지만, 최악의 경우 배터리 전체가 고장날 수 있습니다.

압력(굽힘) 하에서 기술이 얼마나 유용할지 테스트할 때 파우치 셀이 사용되었습니다.파우치 셀은 본질적으로 분리막과 전도성 물질을 갖춘 밀폐된 양극과 음극입니다.이는 자동차, 노트북 또는 휴대폰에 자주 사용됩니다.결과는 LED를 밝히는 데 사용되는 다양한 굽힘 각도를 통해 이 기술이 얼마나 유연한지 보여주며, 이는 모든 각도에서 성공적이었습니다.이 기술은 처음에는 굽힘을 견딜 수 있었을 뿐만 아니라 문제 없이 원래의 모양으로 돌아왔습니다. 이는 유연한 기술 기능의 필수적인 부분입니다.

이 자료의 목표는 기존 기술을 개선하여 주류로 범람하고 있는 다양한 스마트하고 유연한 장치를 개선하는 것입니다.이러한 유형의 전자 제품이 개선되면 소비자와 기업이 널리 활용할 수 있는 보다 지속 가능한 기술이 탄생할 수 있습니다.연속 공정에서 ZnS/CuS 나노입자 생산탄소광섬유 네트워크는 FLIC에 사용되는 일반적인 TMS를 ​​통해 휴대용 및 웨어러블 장치에 사용할 수 있는 기술로 확장되어야 합니다.

Bohan Li, Chong Wang, Zhouyang Qin, Changzhen Zhan, Liangliang Li, Wanci Shen 및 Zheng-Hong Huang은 Tsinghua University 첨단 재료 핵심 연구소의 Ruitao Lv 및 Zheng-Hong Huang과 함께 새로운 세라믹 및 국가 핵심 연구소의Tsinghua University의 정밀 가공과 중국 광산 기술 대학교 화학 및 환경 공학부의 Chenhui Luan이 이 연구에 기여했습니다.

추가 정보:Bohan Li 외, 유연한 리튬 이온 커패시터용 고성능 양극 재료로서 다중 채널 탄소 섬유에 캡슐화된 ZnS/CuS 나노 입자,에너지 소재 및 장치(2023).DOI: 10.26599/EMD.2023.9370012

제공자:칭화대학교 출판부