將鋰離子電池的電極材料包裹在碳納米管的內部空間中. 請查詢Benzobattery.com

豐橋技術大學的研究人員已經證明了使用磷包封的碳納米管電極的鋰離子電池（LIB）的電化學性能，其中具有相當高容量的紅磷被引入具有管狀結構的碳納米管（CNT）的內部間隔結構體。當可接近的鋰離子通道即納米孔形成到包封紅磷的CNT的側壁上時，電極表明紅磷的電化學反應性的改善。此外，充電 - 放電曲線和結構分析揭示了可逆的電化學反應以及甚至在第五十次充電 - 放電循環之後納米管中紅磷的相對高的結構穩定性。充放電容量顯示出比商用LIB中使用的石墨高2倍或更高的值。因此，提出了一種用於高容量LIB的新型電極材料。

作為用於LIB的更高電容電極材料，紅磷已經引起了關注，因為它可以提供比用作LIB的商業電極材料的石墨的理論容量高大約七倍的理論容量。據認為，容量的巨大差異是由於LiC6的石墨結構中的鋰離子量或Li3P中的磷的可接受量。然而，在鋰離子插入和提取過程中，紅磷會遭受巨大的體積變化，粉碎和剝落，由於電化學反應性紅磷量的減少導致容量快速褪色。另外，在鋰離子插入/提取過程中電子移動到電極上時，由於其低電子傳導性，紅磷在能量損失方面具有缺點。

豐橋技術大學電氣與電子信息工程系的Tomohiro Tojo及其同事合成了獨特的結構，其中將紅磷封裝在CNT的內部空間中以防止其從電極剝落並改善其電子傳導性。為了改善通過鋰離子通路的紅磷的電化學反應性，還在磷包封的CNT的側壁上形成了納米孔（<5nm）。磷包封後，磷原子分佈在納米管內部，證實了紅磷的結構穩定性。

使用磷包封的CNT電極，在第五十次充電 - 放電循環時可逆容量顯示約850mAh / g。這是一個至少比石墨電極高兩倍的值。在第10個循環和隨後的循環之後，估計的充電和放電容量比（庫侖效率）> 99％，這表明紅磷充放電反應的高可逆性。然而，由於磷和CNT表面上的一些P-P鍵和其他副反應的解離，充放電容量隨著循環次數的增加而逐漸下降。有趣的是，與沒有納米孔的磷包封的CNT相比，具有納米孔的磷包封的CNT促進了電化學性能的顯著改善。這被認為是由於紅磷與鋰離子通過側壁上的納米孔的高反應性。充電 - 放電循環後，觀察到紅磷在納米管內部。

我們已經提出磷包封的CNT作為高容量LIB的電極材料，儘管需要額外改進結構以實現長期的循環而沒有容量衰減。將進一步研究這些電極的使用情況。