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鋰離子電池是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的動(dòng)力源，而燃料電池是可持續(xù)性能源設(shè)備非常有前景的選擇。影響鋰離子電池和燃料電池性能的重要因素之一是碳漿料的分散性。碳漿料是由分散在溶劑中的導(dǎo)電碳顆粒制成的懸浮液，很容易涂覆在金屬集電器上用于批量生產(chǎn)電極。但是，漿料中的碳顆粒必須分散均勻，才能保證電池性能可靠。

（圖片來源：東京理工大學(xué)）

然而，評(píng)估具有高顆粒濃度的厚漿料的分散性十分困難。由于存在大量的顆粒，難以使用直接光譜技術(shù)來觀察漿料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，目前還沒有方法來評(píng)估在涂覆過程中剪切應(yīng)力對(duì)漿料的分散性和導(dǎo)電性能的影響。

據(jù)外媒報(bào)道，由日本東京理科大學(xué)（TUS）Isao Shitanda副教授負(fù)責(zé)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種估算碳漿料分散性的新技術(shù)。

研究人員結(jié)合流變儀（一種用于測量流體響應(yīng)施加應(yīng)力的流動(dòng)/變形行為的科學(xué)儀器）和光譜儀裝置，以甲基纖維素（一種纖維素衍生化合物，可用作食品和化妝品中的增稠劑和乳化劑，以及容積性瀉劑和滴眼液/耳藥水）作為分散劑，測量乙炔黑漿料的電化學(xué)阻抗。他們?cè)诓煌l率的剪切應(yīng)力的影響下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以獲得流變阻抗譜，從而提供有關(guān)漿料中碳顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，在施加剪切應(yīng)力的情況下，具有良好分散性的碳漿料的阻抗譜未出現(xiàn)明顯變化。

此外，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)由三類接觸電阻和電容組成的等效電路模型，包括乙炔黑顆粒之間的接觸電阻和電容，顆粒體的接觸電阻和電容，以及測量裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)生的接觸電阻和電容。乙炔黑的體電阻與剪切速率無關(guān)，但隨著甲基纖維素濃度的增加而降低。此外，在每一種甲基纖維素濃度下測得的電阻，都隨著剪切速率的增加而升高，這是由于碳-碳網(wǎng)狀物被部分破壞，以及電導(dǎo)率隨著剪切速率增加而降低。

這些結(jié)果共同表明，可以根據(jù)粘度（用流變儀測量）和電化學(xué)阻抗測量值來評(píng)估電極漿料的分散性。Shitanda博士認(rèn)為，這種新方法具有發(fā)展?jié)摿??！斑@項(xiàng)研究提出的見解可能有助于提高大規(guī)模電極制造工藝的效率。在這些工藝中，必須嚴(yán)格控制漿料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！?/p>

制備具有更高分散性的漿料還有助于改善鋰離子電池的性能和增強(qiáng)功能材料。通過促進(jìn)太陽能電池板、燃料電池和電動(dòng)汽車的應(yīng)用，這將為建設(shè)可持續(xù)性碳中和社會(huì)做出重大貢獻(xiàn)。

Shitanda博士總結(jié)道：“此次提出的方法不僅可以用來評(píng)估碳分散體的分散性，還可以用來評(píng)估各種漿料的分散性。在未來的研究中，研究人員計(jì)劃通過改變顆粒類型和粘合劑組合來進(jìn)行進(jìn)一步的測量和等效電路驗(yàn)證。”

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