리튬 금속 배터리를 위한 새로운 전해질 설계는 전기 자동차의 주행 거리를 크게 향상시킬 수 있습니다.ETH Zurich의 연구원들은 이러한 배터리를 안정화하는 데 필요한 환경에 유해한 불소의 양을 근본적으로 줄였습니다.

리튬 금속 배터리는 차세대 고에너지 배터리로 가장 유망한 후보 중 하나입니다.단위 부피당 최소 2배의 에너지를 저장할 수 있습니다.리튬 이온 배터리오늘날 널리 사용되고 있는 것입니다.예를 들어, 이는 전기 자동차가 한 번 충전으로 두 배의 거리를 주행할 수 있거나 스마트폰을 자주 충전할 필요가 없다는 것을 의미합니다.

현재로선 아직 결정적인 단점이 하나 남아있습니다.리튬 금속 배터리:액체 전해질상당한 양의 불소화 용매와 불화염을 추가해야 하므로 환경에 미치는 영향이 증가합니다.

추가하지 않고플루오르그러나 리튬 금속 배터리는 불안정할 수 있으며, 충전 주기가 거의 없으면 작동이 중단되고 단락이 발생하고 과열 및 발화되기 쉽습니다.

ETH Zurich의 전기화학 에너지 시스템 교수인 Maria Lukatskaya가 이끄는 연구 그룹은 이제 리튬 금속 배터리에 필요한 불소의 양을 획기적으로 줄여 비용뿐만 아니라 환경 친화적이고 안정적이게 만드는 새로운 방법을 개발했습니다.효과적인.

작업은출판됨일지에서에너지 및 환경 과학.특허출원이 완료되었습니다.

안정적인 보호층으로 배터리 안전성과 효율성 향상

전해질의 불소 화합물은 음극의 금속 리튬 주위에 보호층을 형성하는 데 도움을 줍니다.배터리.

"이 보호층은 치아의 법랑질과 비교될 수 ​​있습니다"라고 Lukatskaya는 설명합니다."전해질 성분과의 지속적인 반응으로부터 금속 리튬을 보호합니다."

이것이 없으면 사이클링 중에 전해질이 빨리 고갈되고, 셀이 고장나며, 안정적인 층이 부족하여 재충전 과정에서 등각 플랫 대신 리튬 금속 위스커('수상돌기')가 형성될 수 있습니다.층.

이러한 수상돌기가 양극에 닿으면 단락이 발생하여 배터리가 과열되어 발화될 위험이 있습니다.따라서 이 보호층의 특성을 제어하는 ​​능력은 배터리 성능에 매우 중요합니다.안정적인 보호층은 배터리 효율성, 안전성 및 서비스 수명을 향상시킵니다.

불소 함량 최소화

"문제는 보호층의 안정성을 손상시키지 않으면서 불소 첨가량을 어떻게 줄이는가였습니다"라고 박사과정 학생인 Nathan Hong은 말했습니다.이 그룹의 새로운 방법은 원하는 반응을 달성하기 위해 정전기적 인력을 사용합니다.여기서, 전기적으로 하전된 불소화 분자는 불소를 다음으로 운반하는 매개체 역할을 합니다.보호층.이는 액체 전해질에 필요한 불소 함량이 0.1중량%에 불과하다는 것을 의미하며, 이는 이전 연구보다 최소 20배 이상 낮은 수준이다.최적화된 방식으로 배터리를 더욱 친환경적으로 만듭니다

가장 큰 과제 중 하나는 불소가 부착될 수 있고 리튬 금속에 도달한 후 올바른 조건에서 다시 분해될 수 있는 올바른 분자를 찾는 것이었습니다.

그룹이 설명했듯이 이 방법의 주요 장점은 배터리 생성 없이 기존 배터리 생산 공정에 원활하게 통합될 수 있다는 것입니다.

추가 비용

생산 설정을 변경하려면연구실에서 사용된 배터리는 동전만한 크기였습니다.다음 단계에서 연구진은 이 방법의 확장성을 테스트하고 스마트폰에 사용되는 파우치 셀에 적용할 계획입니다.

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