로렌스 버클리 연구소 연구에서 나온 더 나은 배터리

Jul 11, 2023

https://cleantechnica.com/2022/11/24/byd-may-begin-sodium-ion-battery-production-in-2023/

에 의해

게시됨

로렌스 버클리 연구소의 에너지 기술 분야 수석 과학자인 Gao Liu가 이끄는 연구팀은 최근 Nature Energy 저널에 리튬 이온 배터리의 비용을 낮추고 수명을 연장할 수 있는 새로운 기술에 대해 보고하는 논문을 발표했습니다. 서비스 수명. 요약은 다음과 같습니다.

전기 전도성 폴리머는 에너지 변환 및 저장 장치에 점점 더 많이 응용되고 있습니다. 전도성 고분자의 기존 설계에서는 개별 고분자를 변형하여 특정 특성을 향상시키기 위해 상향식 합성 접근법을 통해 유기 기능을 도입했습니다. 불행하게도 기능 그룹을 추가하면 충돌 효과가 발생하여 확장된 합성과 광범위한 적용이 제한됩니다.

여기에서는 잘 정의된 나노결정질 형태를 갖는 계층적으로 정렬된 구조(HOS)를 개발하기 위해 열 처리할 수 있는 간단한 기본 빌딩 블록을 갖춘 전도성 폴리머를 보여줍니다. 전도성 폴리머에 영구 HOS를 구성하는 우리의 접근 방식은 실용적인 리튬 이온 배터리에 중요한 전하 수송 특성과 기계적 견고성을 크게 향상시킵니다.

마지막으로 우리는 HOS가 포함된 전도성 폴리머가 고부하 마이크론 크기 SiOx 기반 양극을 사용하여 전체 셀의 탁월한 사이클링 성능을 가능하게 하며 300사이클에 걸쳐 3.0mAh cm−2 이상의 면적 용량과 >99.95%의 평균 쿨롱 효율을 제공한다는 것을 입증합니다. .

Liu는 “이 발전은 보다 저렴하고 제조가 쉬운 EV 배터리 개발에 대한 새로운 접근 방식을 열어줍니다.”라고 말했습니다. 여기서 가장 큰 소식은 소위 HOS-PFM 코팅이 전자와 이온을 동시에 전도하여 배터리 수명을 향상시키면서 배터리 안정성과 높은 충전/방전 속도를 보장한다는 것입니다. 또한 이 코팅은 리튬 이온 배터리의 수명을 평균 10년에서 약 15년으로 연장할 수 있는 배터리 접착제로서의 가능성을 보여준다고 그는 덧붙였습니다.

크레딧: Jenny Nuss, Berkeley Lab

이것은 Berkeley Lab에서 위에 표시된 그래픽에 대한 캡션입니다.

“가열 전: 실온(섭씨 20도)에서 PFM 폴리머 사슬의 알킬 말단 사슬(검은색 구불구불한 선)이 리튬 이온(빨간색 원)의 이동을 제한합니다.

“약 섭씨 450도(화씨 842도)로 가열되면 알킬 말단 사슬이 녹아서 원자 수준에서 실리콘이나 알루미늄 재료를 '잡는' 빈 '끈적끈적한' 부위(파란색 구불구불한 선)가 생성됩니다. PFM의 폴리머 사슬은 "계층적으로 정렬된 구조" 또는 HOS라고 불리는 스파게티 같은 가닥으로 자가 조립됩니다.

“원자 고속도로처럼 HOS-PFM 가닥은 리튬 이온이 전자(파란색 원)와 함께 타고 갈 수 있게 해줍니다. 이러한 리튬 이온과 전자는 정렬된 전도성 고분자 사슬을 따라 동시에 이동합니다.”

지금까지 팔로우하고 계시다면 계속 읽어보세요. HOS-PFM의 우수한 전도성 및 접착 특성을 입증하기 위해 Liu와 그의 팀은 HOS-PFM으로 알루미늄과 실리콘 전극을 코팅하고 리튬 이온 배터리 설정에서 성능을 테스트했습니다. 실리콘과 알루미늄은 잠재적으로 높은 에너지 저장 용량과 경량 프로필로 인해 리튬 이온 배터리용 전극 재료로 유망합니다. 그러나 이러한 저렴하고 풍부한 재료는 여러 번의 충전/방전 주기 후에 빠르게 마모됩니다.

로렌스 버클리 연구소의 일부인 Advanced Light Source 및 Molecular Foundry에서의 실험에서 연구원들은 HOS-PFM 코팅이 배터리 사이클링 중에 실리콘 및 알루미늄 기반 전극의 성능 저하를 크게 방지하는 동시에 높은 배터리 용량을 제공한다는 것을 입증했습니다. 300사이클, 오늘날의 최첨단 전극과 동등한 성능 속도입니다.

Liu는 실리콘 기반 리튬 이온 전지가 일반적으로 제한된 수의 충전/방전 주기 및 달력 수명 동안 지속되기 때문에 결과가 인상적이라고 말했습니다. 연구진은 HOS-PFM 코팅이 배터리 사이클링 중에 알루미늄 기반 전극의 성능 저하를 크게 방지하는 동시에 300사이클 이상의 높은 배터리 용량을 제공한다는 사실을 성공적으로 입증했습니다. Gao는 “이 발전은 보다 저렴하고 제조가 쉬운 EV 배터리 개발에 대한 새로운 접근 방식을 열어줍니다.”라고 말했습니다.