基本オファー

エネルギー変換および貯蔵システムの根本的な進歩を達成するには、新しい材料設計が不可欠です。 どちらも地球温暖化を緩和するという課題に不可欠であり、環境を損なう燃焼燃料への依存から解放されたエネルギー補給の代替が必要です.

当社は、エネルギー貯蔵システムの成果物を改善するための量子閉じ込め原子構造材料を提供しています。ニッチなアプリケーションでは、軽量、熱および/または放射線劣化耐性、少量の材料での高性能と長寿命が不可欠な要件です。

原子的に改変されたエネルギー貯蔵材料

現代のバッテリー/エネルギー貯蔵技術では、シリコン(Si)ベースの電極は、リチウム化/脱リチウム化プロセス中に大きな体積変化を被ります。 これは、シリコンナノ構造の微粉化をもたらし、その結果、電池のサイクル特性の短縮をもたらす。

シリセンカーバイド (SixC) は最も耐食性に優れたセラミックで、1400°C (2552 °F) まで強度を維持できます。 ナノ構造化され原子構造化された形態の SiC は、かなり高い硬度を示し、長時間のサイクル後もその構造を維持します。

リチウム イオン電池 (LIB) のアノード材料として使用されるナノ構造 SixC は、優れたサイクル安定性、優れた定格能力、および低インピーダンスを示します。 原子的に構築された材料のサイズが小さいほど、応力/歪み耐性が高くなります。 これにより、微粉化が最小限に抑えられ、そのような原子構造材料が組み込まれたバッテリーのサイクル寿命が延長されます。

原子的に構築された SixC ナノチューブは、高温マイクロ ウルトラ キャパシタに適用可能であり、研究により、優れた安定性と長い耐用年数を示すことが示されています。

ナノテクノロジーは直感に反する領域であり、サイズの小型化により表面積が大幅に増加するため、より少ない材料でより多くの機能を実現できます。 このような高表面積材料、特に量子閉じ込めサイズ範囲 (< 20 nm) では、非常に少量の量子材料を使用して、高性能で耐久性のある軽量システムを実現することが可能になります。 原子アーキテクチャは、量子材料の機能性と環境適合性の両方を高めるために、材料設計と製造プロセスに組み込まれた追加のステップであり、その適用範囲をより効率的かつ多用途にします。 進歩の本質的な目標は、必ずしもその体積ではなく、材料のエネルギー密度を高めることにあります。

量子ドメイン

原子構造ナノ材料の量子領域における進歩は、体積の増加ではありません。量子領域におけるスケールアップは、材料の量ではなく、表面積の増加とそれに伴う材料性能の向上によってもたらされます。これは、材料表面の動作フィールドでより多くの原子を再配置する方法を理解することで実現します。量子材料の場合のように表面積と体積の比率を増やすと、電気化学的に活性な領域が増加し、輸送距離が短縮されるため、エネルギー密度と電力密度の両方が向上します。少ないほど良い: これは、調整されていない原子の生のエネルギーを利用することであり、大きな活用が可能です。本質的には、これは自然とのユニークなコラボレーションであり、量子材料はその入り口です。

量子閉じ込め材料は、より強力な運用プラットフォームを提供し、少量の材料で作業を完了できます。このような材料を使用すると、より小型で軽量でありながら堅牢で大幅に効率の高い耐久性のあるデバイスを実現できます。これは、量子材料の寸法が小さすぎる (< 20 nm) ため、変形や破壊のバルクマイクロメカニカルプロセスが許容されず、サイクル寿命が向上するためです。

量子材料領域は、産業的に最も研究されていないものの、今日のナノテクノロジーの進歩にとって最も望ましい材料領域を表しています。また、産業需要を満たすために製造するのが最も難しい材料セットであり、ましてや大規模化するのは困難です。NANOARC はこのハードルを克服し、次世代のバッテリー技術を向上させるために、はるかに薄く、軽く、毒性の少ない材料アーキテクチャを備えた量子閉じ込めの原子構造ナノ材料を提供しています。

リチウムイオン電池のナノ添加剤として、量子材料ナノ粒子は超微細サイズと非常に高い比表面積 (SSA) を提供するため、ナノ添加剤をカソードまたはアノード全体に十分に分散させ、優れた耐久性を実現します。

E = MC2 という式で、アインシュタインは少量の質量で膨大なエネルギーを放出できることを示しました。膨大なエネルギーが放出されるのは、小さな材料に蓄えられているためです。

高エネルギー密度貯蔵は、体積ではなく、原子スケールに近い量子領域での材料設計です。原子スケールは、原子力エネルギーを非常に強力にするものです。放射性放射線の副作用なしにこの高エネルギー領域を活用することが、私たちが現在エネルギー貯蔵システム製造業者に提示しているものです。

量子粒子のサイズは重要

ナノ粒子は粒界の形成を阻止できなければなりません。10 nm のサイズでは、粒子内に収まる転位は 1 つか 2 つだけです。ほとんどの材料では、これは 10 nm よりはるかに小さいナノ粒子を意味します。ナノ粒子のサイズが大きくなると、二次粒界が現れ始めるからです。たとえば、SnOx のような材料では、粒界が現れる臨界サイズは 7 nm です。

このサイズがなぜ重要なのでしょうか?

粒界は結晶構造内の 2 次元欠陥で、材料の電気伝導性と熱伝導性を低下させる傾向があります。ほとんどの粒界は腐食が始まる優先的な場所です。

粒界は転位にとって克服できない境界であり、ナノ粒子内の転位の数は隣接する粒子に応力が蓄積される方法に影響し、最終的には転位源を活性化し、隣接する粒子の変形も可能にします。

ナノ粒子のサイズを小さくすることで、粒界に蓄積される転位の数に影響を与え、その降伏強度、つまりナノ粒子が変形を開始する前に許容する最大応力を高めることができます。

この臨界サイズの例は、バッテリー用アノード材料として最も研究されている SnOx に見られます。ボーア半径が約 2.7 nm であるため、直径が 5 nm 未満の量子閉じ込め SnOx は、変形/粉砕に対する耐性を強化し、大幅に長いバッテリー寿命を提供する SnOx ベースのアノードに最適です。