| 선전첨단기술연구원, 음이온 혼성화 전략 기반 새 배터리 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 선전(深圳)첨단기술연구원 통합기술연구소 박막재료연구센터 탕융빙(唐永炳) 연구팀은 홍콩성시대학(CityU HK) 리전성(李振聲) 연구팀과 공동으로 음이온 혼성화 전략 기반 새 배터리를 개발하였다. 해당 연구성과는 "음이온 혼성화 전략 기반 신속 확산 동역학적 성질을 보유한 3중 이온 배터리의 방전 용량비 및 순환 성능 뚜렷하게 향상(Hybridizing Anions towards Fast Diffusion Kinetics for Tri-Ion Batteries with Significantly Improved Rate Capability and Cycling Life)"이라는 제목으로 "Journal of Materials Chemistry A"에 온라인으로 게재되었다. 이중 이온 배터리(Dual-Ion Battery)는 높은 작동 전압, 저원가, 친환경적이고 회수하기 쉬운 등 장점을 보유하고 있기에 에너지 저장 등 분야에서 양호한 응용 전망을 보유하고 있으며 따라서 최근 국내외 과학계의 연구 관심사로 떠오르고 있다. 이중 이온 배터리는 일반적으로 흑연류 양극 재료를 사용하며 충방전 과정에서 음이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 반응이 일어난다. 그러나 현재 연구에서 보고된 음이온은 대부분 PF6-, TFSI- 등과 같이 반지름이 비교적 큰 음이온이다. 해당 음이온의 확산이 동역학적으로 느리기에 이중 이온 배터리의 방전 용량비 성능 저하를 유발하기에 개선할 필요성이 있다. 음이온 삽입층의 동역학적 안정성을 향상시키기 위해 연구팀은 최초로 음이온 혼성화 전략을 제안함과 아울러 Li+/PF6-/BF4- 기반 다중 이온 배터리를 성공적으로 구축하였다. 전기화학적 테스트 및 이론 계산 결과, 적당량의 비교적 작은 반지름을 보유한 BF4- 음이온에 대한 혼성화를 통하여 확산 에너지 장벽을 뚜렷하게 감소시킴과 아울러 확산 동역학적 성질을 향상시킬 수 있기에 해당 배터리의 방전 용량비 및 순환 성능을 대폭 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 해당 배터리는 15C(4분 충전)의 고전류 밀도 조건에서 방전용량 보존율이 92.5%에 달하며 5C의 전류 밀도 조건에서 500라운드 순환한 후에도 방전용량은 거의 감소되지 않는다. 해당 음이온 혼성화 전략은 고효율 저원가 에너지 저장 소자 개발에 새 아이디어를 제공하였다. 이미지: (a) Li+/PF6-/BF4- 기반 다중 이온 전지 구조 및 작동 메커니즘 그림; (b) 다중 이온 혼성화 설계 및 혼성화시키지 않은 배터리와의 방전 용량비 성능 비교; (c) 다중 이온 혼성화 설계 및 혼성화시키지 않은 배터리와의 순환 성능 비교; (d) 이론적 계산에 의한 다중 이온 혼성화 설계가 이온 확산 에너지 장벽에 대한 감소 효과 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/CtAx0VlEJzUeHqEDvuE5aQ |
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