3DプリントされたMOF由来の階層的多孔質炭素フレームワーク：リチウム酸素電池のエネルギー密度を向上させる新しいアプローチ

著者: Zhiyang Lyu、* Gwendolyn JH Lim、Rui Guo、Zongkui Kou、Tingting Wang、Cao Guan、Jun Ding、* Wei Chen、* John Wang*

リチウム酸素電池は理論上のエネルギー密度が非常に高い（約 3500 Wh/kg）ため、電池業界の研究者から広く注目を集めています。しかし、実際のエネルギー密度には多くの要因が影響し、特に放電生成物である過酸化リチウム (Li2O2) の表面堆積モードと正極材料における多孔質導電性集電体の使用が影響します。この問題に対処するため、最近、シンガポール国立大学のジョン・ワン教授、ジュン・ディン教授、ウェイ・チェン教授（共同責任著者）は、押し出し3Dプリント技術を使用して、新しいタイプの金属有機構造体（MOF）由来の階層的多孔質自立型炭素電極を構築し、リチウム酸素電池の実際のエネルギー密度を向上させました。関連する研究結果は、Zhiyang Lu博士とGwendolyn JH Lim博士を筆頭著者としてAdvanced Functional Materialsに掲載されました。

図 1. 3D プリント電極の準備と適用の概略図。図1に示すように、3Dプリントされた自立型カーボン電極には集電装置が不要です。フレームワーク内のマクロ多孔構造により、細孔内でのLi2O2の堆積が促進され、表面不動態化が遅くなります。さらに、Co-MOF由来のナノコバルトベースの触媒は、Li2O2の生成と分解に有益であり、リチウム酸素電池の実際のエネルギー密度を大幅に向上させます。

図 2. 3D プリントされたカーボン電極の具体的な作製プロセスと特性。
図 2 は、3D プリント電極の簡単な製造プロセス、前駆体 Co-MOF スラリーのレオロジーパラメータ、および電極の形態と構造を詳細に示しています。炭素電極は、階層的多孔質構造、高比表面積、自立型フレームワーク、ナノ触媒などの構造上の利点を兼ね備えています。そのユニークで独創的な技術的ルートは、他のエネルギーデバイス用の電極の作成にも新しいアイデアをもたらします。

この論文の著者は、Zhiyang Lyu、* Gwendolyn JH Lim、Rui Guo、Zongkui Kou、Tingting Wang、Cao Guan、Jun Ding、* Wei Chen、* John Wang* です。

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