グラフェンは電気自動車（EV）に使用されるのでしょうか？

Jul 07, 2023

グラフェンとは何ですか?グラフェンは、並外れた特性を持つ原子の単一平面で構成される二次元材料です。 他の層状材料とは異なり、グラフェンは単一平面に配置された原子で構成されており、真の二次元材料となります。 この二次元の層が何層にも重なるとグラファイトが形成されます。

厚さは、積層や基板との相互作用などの要因によって異なります。 グラフェンの機械的挙動は、その物理的寸法と弾性率によって決定され、通常はさまざまな実験的および理論的方法を通じて測定および特性評価されます。

エネルギー貯蔵用のグラフェングラフェンの表面積が大きいため、より多くの活性サイトが可能になり、電気化学反応が促進され、グラフェン EV バッテリーのエネルギー貯蔵容量が増加します。

フレキシブルグラフェンEVバッテリー用グラフェンベース材料 2019年の研究では、フレキシブルバッテリーへのグラフェンベースの材料の使用について議論されています。 この研究では、繊維、フィルム、エアロゲルを含むグラフェンのさまざまな巨視的構造が調査されています。 グラフェン フィルムは柔軟性を示し、リチウムイオン電池 (LIB) の集電体として使用され、エネルギー密度とサイクル寿命を向上させます。

ハイドロゲルやエアロゲルなどの三次元 (3D) グラフェン構造は、大きな表面積と高い多孔性を提供し、活物質の充填と電解質へのアクセス性を高めます。 グラフェンベースの電極は、LIB、ナトリウムイオン電池 (SIB)、多価金属イオン電池 (ZIB、AIB)、およびリチウム硫黄電池 (Li-S 電池) で有望です。

柔軟なグラフェン電極は、優れた機械的安定性、高容量、レート性能、サイクル寿命を示し、柔軟なエネルギー貯蔵システムのさまざまな用途に適しています。 Li-S電池用のフレキシブルアノードを最適化して開発するには、さらなる研究が必要です。

カーボン ナノファイバーと二硫化モリブデン (MoS2) ナノフレークを使用したグラフェン ベースのアーキテクチャナトリウムイオン電池は、長期安定性と高レート能力の点で課題に直面しています。 これらの問題を克服するために、研究者らは2019年の研究で、垂直に貫通するカーボンナノファイバー（CNF）とその場で成長させた二硫化モリブデン（MoS2）ナノフレークを備えたグラフェンベースのアーキテクチャを開発した。 この相互浸透したグラフェン構造により、機械的完全性と導電性が向上します。

得られた電池は、598 mAh g-1 の比容量、最大 1000 サイクルの長期サイクル安定性、および高電流密度でも優れたレート性能など、優れた電気化学的性能を示します。 グラフェンは表面積が大きく、導電性が高く、機械的強度が高いため、電池用途に理想的な炭素材料です。 CNF と MoS2 を相互浸透させたグラフェンの独自の構造は、安定性とレート能力が向上した高性能ナトリウムイオン電池の開発に有望です。

グラフェンEVバッテリーの利点グラフェンEVバッテリーには、電気自動車で使用される従来のバッテリーに比べて多くの利点があります。

より高速な充電グラフェンEVバッテリーと比較した従来のEVバッテリーに関連する主な懸念の1つは、従来のリチウムイオンバッテリーが完全充電に達するまでに数時間かかり、電気自動車の利便性と使いやすさが制限されるため、これらのバッテリーの充電に必要な時間です。 グラフェン EV バッテリーは、バッテリーの電極材料全体での迅速なイオン輸送を可能にすることで充電時間を短縮することで、この課題に対する解決策を提供します。 研究者らは、グラフェンを使えば電気自動車を数時間ではなく数分で充電できるようになるかもしれないと予想している。

熱放散グラフェン EV バッテリーの熱伝導率の向上により、充電および放電サイクル中の熱の放散がより効率的になり、過熱のリスクが軽減され、グラフェン EV バッテリーの安全性が向上し、バッテリー火災に関する懸念に対処し、信頼性が高く安全なエネルギー貯蔵システムが確保されます。