影响锂离子电池和燃料电池性能的重要因素

电动悟空摘录 锂离子电池是现代电子产品的动力源，燃料电池是可持续性能源设备的一个非常有前途的选择。影响锂离子电池和燃料电池性能的重要因素之一是碳浆的分散性。碳浆是由分散在溶剂中的导电碳颗粒制成的悬浮液，很容易涂在金属集电器上批量生产电极。然而，浆液中的碳颗粒必须均匀分散，以确保电池的可靠性。

(图片来源:东京理工大学)

然而，很难评估颗粒浓度高的厚浆料的分散性。由于颗粒量大，很难使用直接光谱技术来观察浆料的内部结构。此外，在涂层过程中没有办法评估剪切应力对浆料分散性和导电性的影响。

据外媒报道，日本东京理科大学（TUS）Isao 负责Shitanda副教授的研究团队开发了一种估计碳浆料分散性的新技术。

研究人员以甲基纤维素(一种纤维素衍生化合物，可用作食品和化妆品中的增稠剂和乳化剂，以及体积性泻药和滴眼液/耳药水)为分散剂，结合流变器(一种用于测量流体响应施加应力的科学仪器)和光谱仪装置，测量乙炔黑浆的电化学阻抗。为了获得流变阻抗谱，他们在不同频率剪切应力的影响下进行了实验，从而提供了浆料中碳颗粒内部结构的信息。有趣的是，研究人员发现，分散性碳浆料的阻抗谱在施加剪切应力时没有明显变化。

此外，该团队还开发了一种等效电路模型，由三种接触电阻和电容组成，包括乙炔黑颗粒之间的接触电阻和电容、颗粒体的接触电阻和电容，以及测量装置设计产生的接触电阻和电容。乙炔黑的体电阻与剪切速率无关，但随着甲基纤维素浓度的增加而降低。此外，每种甲基纤维素浓度下测量的电阻随剪切速率的增加而增加，这是由于碳网状物的部分损伤，以及随剪切速率的增加而降低的电导率。

这些结果表明，电极浆的分散性可以根据粘度（用流变器测量）和电化学阻抗测量值进行评估。Shitanda博士认为，这种新方法具有发展潜力。”本研究提出的观点可能有助于提高大型电极制造过程的效率。在这些过程中，必须严格控制浆液的内部结构。”

制备分散性较高的浆料也有助于提高锂离子电池的性能和功能材料。通过促进太阳能电池板、燃料电池和电动汽车的应用，为可持续碳中和社会的建设做出了重大贡献。

Shitanda博士总结道:“这种方法不仅可以用来评估碳分散体的分散性，还可以用来评估各种浆料的分散性。在未来的研究中，研究人员计划通过改变颗粒类型和粘合剂组合来进一步测量和验证等效电路。”