과학자들이 '게임을 디자인하다'

Jul 03, 2023

이미지 출처: UC 샌디에이고 에너지 저장 및 변환 연구소 / Diyi Cheng

By E&T 편집진

게시일: 2023년 8월 4일 금요일

캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스와 시카고 대학교 연구팀은 외부 압력이 전혀 없는 리튬 배터리를 만드는 데 사용할 수 있는 새로운 재료를 설계했습니다.

연구팀은 고체 전해질인 리튬인산질화물(LiPON)의 독립형 박막 버전을 만들 수 있었습니다.

LiPON(FS-LiPON) 필름의 자립형 버전은 여러 가지 기능성 배터리 테스트를 거쳐 외부 압력이 전혀 없는 상태에서 균일하게 조밀한 리튬 금속 전기화학적 증착을 촉진할 수 있음을 보여주었습니다.

리튬 금속 배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 오랫동안 관심의 대상이었습니다. 그러나 안전 문제와 리튬의 수상돌기 형성 경향으로 인해 실제 적용이 제한되어 있으며, 이로 인해 단락이 발생하고 배터리 수명이 단축될 수 있습니다.

LiPON은 최소한의 외부 압력으로 작동하고 수상돌기 형성 위험을 줄이고 성능을 향상시키는 새로운 유형의 리튬 금속 배터리를 개발할 수 있기 때문에 "잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는" 기술로 설명되었습니다.

LiPON은 원래 1992년 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory) 과학자 그룹에 의해 개발되었습니다. 지금까지는 생산과 연구가 매우 어려웠기 때문에 배터리 생산 목적으로 널리 테스트되지 않았습니다.

그러나 연구진은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)라고 불리는 고분자로 만들어진 얇고 유연한 막을 사용하여 전해질에 대한 새로운 접근 방식을 개발할 수 있었습니다.

PEO 멤브레인은 수상돌기 형성을 차단하면서 리튬 이온은 통과시킵니다. 또한 고온에도 견딜 수 있어 고성능 배터리에 사용하기에 적합합니다. 리튬 금속 배터리는 현재 리튬 이온 배터리보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있지만 더 높은 작동 온도가 필요하기 때문에 이는 중요합니다.

LiPON 기반 박막 배터리는 웨어러블 및 기타 소형 전자 장치와 같은 다양한 분야에 걸쳐 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.

연구진은 “전반적으로 이번 연구는 리튬 금속 배터리 개발에 있어 중요한 진전”이라고 말했다. "추가 개선을 통해 이러한 배터리는 에너지 저장 산업에 혁명을 일으키고 재생 가능 에너지원의 광범위한 채택을 가능하게 할 수 있습니다."

이번 연구 결과는 Nature Nanotechnology 저널에 게재됐다.

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