Исследовательская группа под руководством доктора Джи-Хун Ли из отдела водородных материалов Корейского института материаловедения (KIMS) разработала трехмерный пористый углеродный материал. материал токосъемника на основе и применил его к вторичным батареям и суперконденсаторам для одновременного повышения плотности энергии и срока службы. Исследование, проведенное совместно с профессором Инсуком Чоем из Сеульского национального университета и профессором Чонхо Шином из Национального университета Каннын-Вончжу, было опубликовано в качестве обложки 18 мая в Прикладные материалы и интерфейсы ACS.
Изображение покровная бумага. Авторы и права: Корейский институт материаловедения (KIMS).
Токосборник играет важную роль в производстве тонкопленочной электродной пластины. Однако, поскольку токосъемник занимает значительную часть веса и размера электрода, он ограничен в повышении плотности энергии и уменьшении веса и объема устройства накопления энергии.
Эта характеристика особенно заметна в областях, где применяются электрохимические накопители энергии среднего и большого размера, такие как электромобили, и даже при многократной зарядке и разрядке. Кроме того, причиной сокращения срока службы аккумуляторной батареи является отслоение активного материала или коррозия существующего металлического токоприемника из-за поступления влаги и воздуха внутрь аккумуляторной батареи.
Исследователи изготовили токосъемник на основе углерода с трехмерной пористой углеродной структурой, стабильной в различных средах, с помощью метода химического осаждения из паровой фазы с плавающим катализатором (FC-CVD). Затем им удалось изготовить электроды, применив процесс покрытия активным материалом, обычно используемый в производстве вторичных аккумуляторов, чтобы облегчить процесс массового производства. Благодаря этому подходу исследовательская группа преодолела существующие ограничения по модификации материалов токосъемников в соответствии с конкретной рабочей средой, такой как электролит и рабочее напряжение. 
Повышение срока службы и скорости сохранения начальной емкости за счет токосъемника, разработанного исследовательской группой. Предоставлено: Корейский институт материаловедения (KIMS).
Кроме того, исследовательской группе удалось улучшить плотность энергии/мощности и повысить циклическую стабильность благодаря широким порам токосъемников, сделав пористую структуру более удобной для переноса ионов лития. Обычные металлические фольги имеют ограниченную площадь межфазного контакта с активным материалом, поскольку имеют двумерную структуру. Тем не менее, недавно разработанный трехмерный токосъемник на основе углерода максимально увеличил высокостабильную межфазную поверхность и сыграл ключевую роль в улучшении жизненного цикла устройства.
Доктор. Джи-Хун Ли, старший научный сотрудник, сказал: «Поскольку фундаментальные проблемы материала будут решены, коммерциализация токосъемника на основе углерода будет облегчена, а использование токосъемника увеличится, так что станет возможным охватывает любой масштаб устройств накопления энергии.Это исследование заново определило роль токосъемника, который был ограничен второстепенным компонентом для формирования электрода.Посредством последующих исследований мы будем стремиться привести к развитию технологии преобразования энергии это экологично и очень экономично».
