| 9분 동안에 80% 충전 가능한 신소재 리튬이온전지 개발 | ||
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  중국과학기술대학교 Ji Heng-xing(季恒星) 교수 연구팀과 미국 캘리포니아대학 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA), 중국과학원 화학연구소 등 기관이 공동으로 새로운 리튬이온전지 전극재료 연구에서 획기적인 성과를 거두었다. 연구팀은 흑린 복합재료를 새롭게 설계함으로써 흑린 복합재료로 리튬이온전지의 고용량, 쾌속 충전 및 장수명이 가능 해졌다. 해당 성과는 "Science"에 게재되었다. 리튬이온전지에서 에너지는 리튬이온과 전극재료의 화학반응을 통해 전지를 통과한다. 따라서 전극재료의 리튬이온 전도성은 충전 속도를 결정짓는 핵심이다. 이외 단위질량 또는 단위부피의 전극재료가 얼마만한 리튬이온을 수용하는지도 중요한 요인이다. 백린의 동소체(allotrope)인 흑린의 특수한 층상구조는 매우 강한 이온 전도성 및 높은 이론적 용량을 부여하기에 쾌속충전의 요구를 충족시키는 잠재력 있는 전극재료이다. 하지만 흑린 층상구조의 가장자리에서부터 구조파괴가 쉽게 발생하는 등 실제 측정 성능은 이론적 기대치에 미치지 못한다. 이를 감안해 연구팀은 "계면공학(Interfacial Engineering)" 전략을 사용하고 인-탄소 공유결합을 통해 흑린과 흑연을 연결시킴으로써 재료구조를 안정시키는 동시에 흑린/흑연 복합재료 내부의 리튬이온 전도성을 향상시켰다. 전극재료가 운행과정에서 전해액에 의해 점차적으로 분해된 화학물질에 피복될 수 있고 따라서 일부 물질이 리튬이온의 전극재료 진입을 방해할 수 있는 문제(유리표면의 먼지가 빛의 투과를 방해하는 것과 마찬가지)를 해결하기 위해 연구팀은 가볍고 얇은 폴리머겔(Polymer gel)로 방진 외투를 만들어 흑린/흑연 복합재료 표면에 입힘으로써 리튬이온의 순조로운 진입을 보장하였다. 연구팀은 일반적 공법노드맵과 기술파라미터를 사용해 흑린 복합재료 전극판을 제조하였다. 실험실 측정 결과 9분 동안의 충전으로 약 80%의 전기량을 회복시키고 2,000회 순환 후에도 90%의 용량을 유지하였다. 해당 재료의 대규모 생산이 실현되고 알 맞는 양극재료 및 기타 보조재료가 발견되며 코어셀 구조, 열관리 및 리튬석출 보호 관련 최적화 설계가 완성될 경우 에너지밀도가 350Wh/kg에 달하고 쾌속충전 성능을 갖춘 리튬이온전지를 획득할 전망이다. 동 리튬이온전지는 전기차의 주행거리를 1,000km로 끌어올릴 수 있다. 현재 완전히 충전된 테슬라 Model S의 주행거리는 650km이다. 쾌속충전 성능은 전기차 사용자의 체험을 한단계 업그레이드시킬 수 있다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-10/20/content_455318.htm?div=-1 |
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