리튬 금속은 높은 이론적 용량 덕분에 음극 소재로 흑연을 대체할 수 있는 최고의 후보 중 하나입니다. 문제는 현재 리튬 금속 양극을 사용하는 배터리의 사이클 수명이 열악하다는 것입니다.
그러나 새로운 불연성 이중 음이온 이온성 액체 전해질 덕분에 이는 곧 바뀔 수 있습니다.
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Karlsruhe Institute of Technology(KIT)와 Helmholtz Institute Ulm – Electrochemical Energy Storage(HIU)의 연구원들이 이제 해결책을 찾았습니다. 당신이 Joule 잡지에 보고할 때, 당신은 유망한 새로운 재료 조합을 사용하고 있습니다. 저코발트, 니켈이 풍부한 층상 음극(NCM88)을 사용합니다. 이것은 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 그러나 일반적으로 사용되는 상업적으로 이용 가능한 유기 전해질(LP30)의 경우 안정성이 많이 요구됩니다. 충전 횟수가 증가할수록 저장 용량이 감소합니다.
HIU 소장이자 배터리 전기화학 연구 그룹 책임자인 Stefano Passerini 교수는 “LP30 전해질에서 음극에 입자 균열이 발생합니다. 전해질은 이러한 균열 내에서 반응하여 구조를 파괴합니다. 또한 음극에는 두꺼운 이끼 같은 리튬 함유층이 형성됩니다. 따라서 연구원들은 2개의 음이온(ILE)이 있는 비휘발성, 불연성 이온 액체 전해질을 대신 사용했습니다. "ILE의 도움으로 니켈이 풍부한 음극의 구조적 변화를 크게 줄일 수 있습니다."라고 HIU의 배터리 전기화학 연구 그룹의 김국태 박사가 보고합니다.
1,000번의 충전 주기 동안 88%의 용량 유지
결과:음극 NCM88 및 전해질 ILE를 사용하여 리튬 금속 배터리는 킬로그램당 560와트시(Wh/kg)의 에너지 밀도를 달성합니다. 처음에는 그램당 214mAh(mAh/g)의 저장 용량이 있습니다. 용량의 88%는 1,000번의 충전 주기 동안 유지됩니다. 인출 용량과 공급 용량의 비율을 나타내는 쿨롱 효율은 평균 99.94%입니다.
제시된 배터리는 또한 높은 수준의 안전성을 특징으로 하기 때문에 Karlsruhe와 Ulm의 연구원들은 탄소 중립 이동성을 향한 중요한 단계를 밟았습니다.
리튬 금속 배터리의 다양한 전해질의 수명 비교
처음에는 보도 자료에 광고된 560Wh/kg의 에너지 밀도 수치가 활성 물질(음극 및 양극)의 무게만을 고려한 것이라는 사실을 몰랐습니다. 그래서 알려준 Andrés에게 감사드립니다!
연구 논문은 그것을 명확히 합니다.
<블록 인용>전체(음극 + 음극) 활물질 중량을 기준으로 생성된 비에너지는 얇은 Li 전극을 사용하여 0.1C에서 564Wh kg-1, 0.5C에서 488Wh kg-1로 계산됩니다.
하이라이트
