리튬 이온 배터리(LiB)는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 충전식 배터리가 되었습니다.에너지 연구원과 재료 과학자들은 제조 비용을 크게 늘리지 않고도 배터리 성능과 효율성을 향상시킬 수 있는 LIB 구성 요소 역할을 할 수 있는 대체 재료를 식별하려고 노력해 왔습니다.

현재까지 흑연은 상대적으로 저렴한 비용, 가벼운 무게 및 내구성으로 인해 LiB에 가장 많이 사용되는 양극 재료였습니다.그러나 최근 몇 년 동안 연구에서는 흑연 기반 양극에 대한 유망한 대안을 확인했으며 그 중 하나는 미세 크기 합금 양극입니다.

합금 양극은 다음을 기반으로 합니다.금속 합금실리콘(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al)과 같은 리튬과 반응할 수 있는 물질입니다.이러한 합금을 기반으로 한 양극은 흑연 양극에 비해 저렴한 비용과 배터리 용량 향상 가능성을 포함하여 주목할만한 이점을 가질 수 있습니다.

잠재적인 장점에도 불구하고, 미세 크기의 합금 양극은 지금까지 흑연 양극보다 신뢰성이 떨어지는 것으로 입증되었습니다.그 이유 중 하나는 특히 탄산염 기반 전해질과 결합할 때 용량이 급격히 감소하고 쿨롱 효율이 낮아지는 경우가 많기 때문입니다.

과거 연구에서는 고체 전해질 간기(SEI),보호층배터리 사이클링 중에 양극에 형성되는 이 물질은 합금에 너무 강하게 결합합니다.이로 인해 전해질이 침투할 수 있는 SEI와 합금 모두에 구조적 균열이 발생하여 배터리가 충전 및 방전되는 동안 새로운 SEI 층이 형성될 수 있습니다.

마이크로 크기의 합금 양극을 사용하는 배터리에서 관찰되는 급격한 성능 저하로 인해 지금까지 광범위한 사용과 상용화가 제한되었습니다.

에서종이에 출판됨자연 에너지, 메릴랜드 대학과 로드 아일랜드 대학의 연구원들은 마이크로 크기의 합금 양극으로 LiB의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 비대칭 전해질을 도입했습니다.

Ai-Min Li, Zeyi Wang 및 동료들은 논문에서 "나노 크기의 합금 양극을 사용하면 전지 주기 수명을 향상시킬 수 있지만 배터리 수명을 줄이고 제조 비용을 증가시킬 수 있습니다"라고 썼습니다.

"우리는 LiF가 풍부한 무기 SEI를 형성하는 비대칭 전해질(용매가 없는 이온성 액체 및 분자 용매)을 개발하여 마이크로 크기 Si, Al, Sn 및 Bi 양극의 사이클 성능을 크게 향상시켰으며, 이를 통해 90mAh μSi||LiNi를 가능하게 했습니다._0.8망_0.1공동_0.1영형₂및 70…mAh Li_3.75Si||SPAN 파우치 셀(면적 용량 4.5…mAh…cm)^â2;≥1.4의 N/P) >85%의 높은 용량 유지로 >400사이클을 달성합니다."

연구진은 마이크로 크기의 합금 양극 및 고에너지 음극과 결합할 때 좋은 성능을 발휘할 수 있는 새로운 전해질을 설계하고 합성했습니다.이 전해질은 NMEP로 약칭되는 N-메틸-N(2-메톡시에톡시) 메틸 피롤리디늄 헥사플루오로포스페이트를 기반으로 합니다.

비대칭 전해질 설계는 고용량 양극과 고에너지 음극을 가능하게 하는 LiF가 풍부한 계면을 형성하여 긴 사이클 수명을 달성하고 고에너지 리튬 이온 배터리를 위한 일반적인 솔루션을 제공한다고 Li, Wang 및 동료들은 썼습니다.

그들의 평가를 위해전해질연구진은 이를 대형 LiB 파우치 셀에서 테스트했습니다.셀이 140mAh g 이상의 높은 용량을 달성했기 때문에 그들의 발견은 매우 유망했습니다.^-1200사이클 동안 400사이클 작동 후 용량의 85% 이상을 유지합니다.

연구진이 새로 도입한 비대칭 디자인은 LiPF 간의 호환성을 향상시킵니다.₆LiB의 핵심 구성 요소인 염과 환원 전위가 낮은 디메틸 에테르(DME)를 사용하여 마이크로 크기 합금 양극에서 LiF 인터페이스를 안정적으로 형성할 수 있습니다.

앞으로는 다양한 배터리를 사용하여 테스트할 수 있을 것입니다.양극및 양극재 조성 등을 연구하여 차세대 배터리 솔루션 개발에 잠재적으로 기여하고 있습니다.

소환