모든 배터리의 생명선은 전해질입니다.이는 양전하를 띤 원소(양이온)가 양극과 음극 사이에서 한꺼번에 이동하는 매체입니다.이를 통해 배터리는 에너지를 공급하기 위해 방전되고 에너지를 저장하기 위해 충전됩니다.과학자들은 이것을 전기화학적 과정이라고 부릅니다.

전해질은 다양한 전기화학 공정 개발의 핵심이기도 합니다.예를 들어, 변환에 사용될 수 있습니다.철광석정제된 철 금속 또는 철 합금으로.도전 과제는전해질극한의 작동 조건에서도 안정성을 유지하고 에너지 효율성을 감소시키는 부반응을 피해야 합니다.그 결과는 그러한 공정이 산업에 사용되는 에너지 집약적 용광로를 제거할 수 있다는 것입니다.철강 생산그리고 이를 통해 온실가스 배출을 줄입니다.

이것이 에너지 Earthshot 연구 센터인 새로운 전기합성에 의한 철강 전기화 센터(C-STEEL)의 목표입니다.

최근 논문에서 Argonne 연구원은 거의 모든 전해질의 차세대 전해질을 설계하는 혁신적인 접근 방식을 보고했습니다.전기화학적 공정.종이는출판됨일지에화학.

Argonne의 재료 과학자이자 C-STEEL의 부국장인 Justin Connell은 "이 접근 방식을 통해 과학자들은 전기 자동차 배터리뿐만 아니라 강철, 시멘트 및 다양한 화학 물질의 탈탄소 제조용 전해질을 개발할 수 있어야 합니다."라고 말했습니다.

전기 자동차 배터리의 전해질은 일반적으로 다음과 같이 구성됩니다.소금액체 용매에 용해.예를 들어, 염화나트륨은 일반적인 소금이고 물은 일반적인 용매입니다.소금은 전해질에 양이온과 음전하를 띤 원소(음이온), 즉 일반 소금의 경우 염소를 모두 제공합니다.배터리에서는 염과 용매 구성이 그보다 훨씬 더 복잡하지만 기능성의 핵심은 음이온과 양이온의 수가 균형을 이루기 때문에 전해질이 전하 중성이라는 것입니다.

과거 연구에서는 다양한 농도의 단일 염을 사용하여 용매를 다른 조성으로 변경하는 데 중점을 두었습니다.Connell은 “우리가 보기에 전해질 개선을 위한 최선의 길은 주로 염에 대한 다양한 음이온을 이용하는 것”이라고 말했습니다."변경하는 중음이온화학은 보다 에너지 효율적인 전기화학 공정과 오래 지속되는 전해질로 이어질 수 있습니다."오늘날 대부분의 전해질에서 용매는 작동을 둘러싸고 있습니다.

양이온전극 사이를 이동하면서.~ 안에기존 리튬이온 배터리~을 위한전기 자동차예를 들어, 그 양이온은 리튬이고;그리고 음이온인 불소인산염(PF₆).

다양한 응용 분야를 위한 새로운 전해질을 설계하기 위해 Argonne 팀은 작동 양이온과 전해질의 하나 이상의 다른 음이온을 결합하는 방법을 모색하고 있습니다.음이온이 용매를 부분적으로 또는 완전히 대체하여 양이온을 둘러싸는 경우 과학자들은 이를 접촉 이온 쌍이라고 부릅니다.

그러나 무수히 많은 접촉 이온 쌍이 있을 경우 특정 응용 분야에서 작동하는 양이온과 가장 잘 일치하는 음이온을 어떻게 식별할 수 있습니까?이를 위해 연구팀은 머신러닝과 인공지능을 활용한 컴퓨팅으로 보완된 실험을 추진하고 있다.

목표는 C-STEEL의 일부로서 제강 요구 사항에 적합한 전해질에 대한 최상의 접촉 이온 쌍을 생성하는 일련의 설계 원리를 개발하는 것입니다.

"이러한 원칙을 염두에 두고 우리는 철강용 철을 만드는 가장 효율적인 공정을 제공하는 저렴하고 오래 지속되는 전해질을 발견하기를 희망합니다"라고 Connell은 말했습니다.

이러한 동일한 원리는 다른 탈탄소 전기화학 공정은 물론 리튬 이온 배터리 및 그 이상을 위한 전해질에도 적용될 수 있습니다.

Connell 외에도 저자로는 Stefan Ilic 및 Sydney Lavan이 있습니다.