극한의 온도에서 작동하는 새로운 에너지 밀도 리튬-황 배터리
2022년 7월 4일
차세대 배터리기술에 대한 연구의 일환으로 University of California, San Diego의 과학자들은 극한의 온도에서 작동할 수 있는 설계를 탐구하고 있으며 상당한 지역에 진출을 시작하고 있다. 최신연구에서 팀은 춥고 뜨거운 온도에서 작동할 수 있을 뿐만 아니라 현재 장치의 2배 에너지를 저장하고 환경에 더 친화적인 리튬배터리를 보여준다.
작년에 우리는 리튬 배터리에서 이온의 움직임을 조작하는 능력에서 비롯된 동일한 연구원 그룹의 흥미로운 돌파구 를 살펴보았다. 이것은 배터리의 두 전극인 캐소드와 애노드 사이에 리튬 이온을 전달하는 새로운 전해질 용액에 의해 촉진된다.
팀은 리튬 이온과 더 약한 결합을 형성하는 전해질로 성공을 찾았고, 이는 충전 중에 리튬 이온이 더 균일하게 분포되도록 했다. 이 약한 결합 전해질은 고밀도 금속 양극과 황 기반 음극이 있는 실험용 리튬 배터리에 통합되어 용량의 대부분을 유지하면서 영하의 온도에서 작동할 수 있었다.
전해질 제조법을 계속 실험함으로써 과학자들은 이제 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서도 작동하는 버전을 개발했다. 새로운 전해질은 끓는점이 141°C(286°F)인 화합물인 리튬 염과 디부틸 에테르를 특징으로 하여 전해질이 고온에서 액체상태를 유지하도록 한다.
이 전해질을 사용한 개념 증명 실험에서 배터리는 -40°C(-40°F)에서 용량의 87.5%를 유지하고 50°C(122°)F에서 용량의 115.9%를 유지할 수 있었다. 또한 수명이 다하기 전에 더 많은 충전 주기를 처리할 수 있는 능력과 관련하여 이러한 온도에서 98% 이상의 높은 쿨롱 효율을 보여주었다.
추운 온도에서 작동할 수 있는 배터리는 추운 기후에서 더 넓은 범위의 전기 자동차를 만들 수 있다. 반대로 더 높은 온도에서 안전하게 작동할 수 있는 배터리는 다른 이점 외에도 과열을 방지하기 위한 냉각 시스템의 필요성을 제거할 수 있다.
연구 저자인 Zheng Chen은 “주변 온도가 세 자릿수에 도달하고 도로가 더 뜨거워지는 지역에서는 고온 작동이 필요합니다.”라고 설명했다. “전기 자동차에서 배터리 팩은 일반적으로 바닥 아래, 뜨거운 도로에 가깝다. . 또한 배터리는 작동 중에 전류가 흐르는 것만으로도 예열됩니다. 배터리가 이러한 고온을 견딜 수 없으면 성능이 빠르게 저하된다.”
다시 한 번, 팀의 전해질은 황으로 만든 고밀도 리튬 금속 양극 및 음극과 호환된다. 이러한 유형의 리튬-황 배터리는 오늘날의 리튬 배터리보다 두 배나 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며, 이는 두 배의 범위를 가진 전기 자동차를 의미할 수 있다. 또한, 황은 오늘날의 리튬 배터리 음극에 사용되는 상대적으로 희귀하고 값비싼 금속 코발트보다 더 풍부하고 소스에 대한 문제가 덜하여 환경에 대한 부담을 줄인다.
팀은 또한 그들의 디자인이 현재의 리튬 황 배터리보다 훨씬 긴 수명을 제공한다고 말한다. 이제 이 사이클 수명을 더욱 연장하여 배터리가 더 높은 온도에서 작동할 수 있도록 한 다음 기술을 확장하는 데 초점을 맞추고 있다.
