전극과 전해질 사이의 경계면은 배터리가 에너지를 변환하는 효율성에 크게 기여합니다.최근 몇 년 동안 더 나은 성능의 배터리를 개발하기 위한 많은 노력은 충전식 배터리, 특히 리튬 금속 배터리(LMB)의 에너지 밀도를 높이기 위해 전극/전해질 인터페이스를 조정하는 데 중점을 두었습니다.

LMB는 일반적으로 사용되는 흑연 기반 양극 대신 Li 금속 양극을 통합하는 유망한 배터리 솔루션입니다.리튬 이온 배터리(LiB).LiB에 비해 이러한 배터리는 훨씬 더 높은 에너지 밀도와 더 빠른 충전 속도를 나타낼 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 지금까지 개발된 많은 LMB는 높은 제조 비용, 낮은 쿨롱 효율, 충전 중 Li 수상돌기의 성장과 같은 상당한 한계를 가지고 있습니다.리튬 덴드라이트는 배터리가 충전되는 동안 양극 표면에 형성될 수 있는 나무 모양의 리튬 금속 기반 구조로, 과열 및 화재 위험을 높이는 동시에 배터리 성능을 저하시킵니다.

LMB의 이러한 주요 한계를 극복할 수 있는 가능한 솔루션은 Li를 규제하는 것입니다.⁺고체-전해질 간기(SEI)의 형성을 촉진하고 전극/전해질 계면을 안정화시키기 위한 용매화 구조 및 새로운 전해질 설계.많은 연구가 이러한 목표에 초점을 맞추고 있지만 배터리의 유전체 환경이 이 인터페이스를 안정화/비안정화하는 데 어떻게 기여하는지 조사한 연구는 거의 없습니다.

저장대학교와 중국의 다른 기관의 연구원들은 최근 이 연구 질문을 탐구하는 연구를 수행했습니다.그들의 논문,출판됨~에자연 에너지에서는 LMB와 관련된 일부 문제를 해결하고 잠재적으로 안전성과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있는 유전체 프로토콜을 설명합니다.

논문의 공동 저자인 Xiulin Fan은 TechXplore에 "전기 자동차와 에너지 저장 시장이 계속 성장함에 따라 LIB에 대한 수요도 계속 증가할 것"이라고 말했습니다."그러나 저탄소 또는 무탄소 경제를 달성하려면 기존 LIB보다 성능이 뛰어난 배터리가 필요합니다. 이를 위해서는 전기 장치에 전력을 공급할 수 있는 에너지 밀도 500Wh/kg 이상의 에너지 저장 기술이 필요합니다.흑연 전극 대신 금속 전극을 사용하는 리튬 금속 배터리(LMB)는 LIB에 비해 훨씬 더 오래 지속되지만, 이러한 배터리는 실험실과 산업 모두에서 조기 사망 문제에 직면해 있습니다.-지속적이고 에너지 밀도가 높은 LMB."

연구진의 논문에 소개된 LMB 설계 방식은 배터리의 유전체를 통해 변조될 수 있는 계면 전기장이 전극/전해질 계면에 미치는 영향을 고려합니다.배터리에 사용되는 유전체 매체를 조절함으로써 해당 프로토콜은 양이온-음이온 조정의 무결성을 보장하여 음이온이 풍부한 전해질이 계면 전기장에 노출되어 SEI가 형성될 수 있도록 합니다.

"유전체 프로토콜에서는 양이온-음이온 쌍이 전기장에 의한 해리로부터 양이온-음이온 쌍을 보호할 수 있는 높은 유전 상수를 갖는 비용매성 용매에 배치되어야 합니다"라고 Fan은 설명했습니다."이는 전극-전해질 계면 근처에 음이온이 풍부한 영역을 형성합니다. 이러한 계면 구성은 계면에서 음이온 분해를 우선시할 수 있어 Li 금속 파우치 셀의 Li 증착물에 견고한 계면 화학을 부여할 수 있습니다."

"충전된 인터페이스에서 양이온-음이온 쌍은 주기적인 진동 분포로 배열됩니다"라고 Zhang, Li 및 동료들은 썼습니다."낮은 진동 진폭은 전해질 분해를 악화시키고 표면 임피던스를 증가시킵니다. 우리는 이러한 문제를 해결하기 위해 인터페이스에서 높은 진동 진폭으로 양이온-음이온 조정을 유지하는 유전체 프로토콜을 제안합니다."

팀은 새로 제안된 프로토콜을 사용하여 울트라 린(ultra-lean)을 실현했습니다.전해질(1...g...아^â1), 리튬 금속 파우치 셀에서 테스트했습니다.그 결과 파우치 셀은 500...Wh...kg의 놀라운 에너지 밀도를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다.^â1.

Fan은 “이 연구는 하전된 전극-전해질 경계면에서 음이온과 양이온의 공간적 분포를 보여줍니다.”라고 말했습니다."이를 통해 우리는 전해질 구성을 조정함으로써 계면 특성을 조정할 수 있으며, 이는 배터리 성능을 향상시킬 수 있습니다."

다른 연구 그룹은 LMB를 위한 다른 유망한 전해질을 준비하기 위한 이 연구팀의 유전체 매개 접근 방식에서 곧 영감을 얻을 수 있습니다.종합적으로, 이러한 노력은 보다 안정적인 고밀도 배터리 솔루션 개발에 기여할 수 있습니다.

"리튬 금속 배터리의 높은 에너지 밀도는 화재 및 폭발과 같은 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다"라고 Fan은 덧붙였습니다."우리의 향후 연구 목표는 높은 에너지 밀도와 안전성을 모두 결합한 에너지 저장 기술을 달성하기 위해 현실적인 조건에서 리튬 금속 배터리의 사이클 안정성을 향상시키는 것입니다."

소환