하이브리드 세라믹

Jan 07, 2024

하이브리드 세라믹-폴리머 전해질을 기반으로 하는 차세대 전고체 리튬 이온 배터리는 더 큰 에너지 저장, 더 빠른 재충전, 더 높은 전기화학적 및 열 안정성을 제공하는 동시에 이전 전고체 배터리와 관련된 많은 기술 과제를 극복할 수 있습니다. .

조지아 공과대학(Georgia Tech)의 연구원들은 전기 자동차(EV)와 같은 배터리 전력 시스템으로서 전극 간에 전하를 이동시킨 후 재충전되는 구성 요소인 하이브리드 전해질에 대한 근본적인 이해를 넓히기 위해 노력하고 있습니다. 오늘날 EV에 널리 사용되는 리튬 이온 배터리는 액체 전해질을 사용하므로 손상될 경우 열 폭주 및 화재에 취약합니다.

"우리는 이러한 하이브리드 고체 전해질을 제조하고 이를 코인 셀에 넣어 고성능과 높은 안정성을 입증할 수 있다는 것을 보여주었습니다."라고 조지아 공과대학교에서 배터리 연구를 이끌고 있는 수석 연구원인 Ilan Stern은 말했습니다. GTRI), Georgia Tech의 응용 연구 기관입니다. "우리는 이러한 세라믹-폴리머 하이브리드를 기반으로 전고체 배터리의 혁신을 개발할 수 있음을 보여주기 위한 기반을 마련했습니다. 다음 단계는 이 기술을 전기 자동차에 사용되는 배터리 유형인 파우치 셀에 통합하는 것입니다."

GTRI 연구원들은 조지아 공과대학의 조지 W. 우드러프 기계공학부, 재료 과학 및 공학부, 전략 에너지 연구소의 동료들과 함께 리튬 알루미늄 게르마늄 인산염(LAGP)으로 알려진 전해질에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 폴리 DOL로 알려진 폴리머 구성 요소가 LAGP 전해질을 둘러싸고 있어 인화성 액체의 단점 없이 기존 세라믹 전해질을 뛰어넘는 내부 이온 전도성을 제공합니다. 제작팀과 학술협력은 GTRI 연구과학자 박진호가 주도한다. LAGP 세라믹의 합성은 GTRI 수석 연구 과학자인 Jason Nadler가 주도합니다.

Stern은 전통적인 세라믹 전해질을 배터리 양극과 음극 사이의 공간에 붓는 M&M과 같은 사탕과 유사하다고 설명합니다. 경질 세라믹은 안전성과 에너지 저장 이점을 제공하지만 이온 전하를 전달하기 위해 전극과 접촉하는 정도가 제한됩니다. 폴리머를 추가하면 세라믹의 장점을 대부분 유지하면서 전극과 전해질 사이의 계면 접촉이 크게 향상됩니다.

"전기화학적 안정성, 열적 안정성 및 기계적 안정성은 액체 전해질과 이러한 하이브리드 사이의 주요 차이점이 될 것"이라고 그는 말했습니다. "우리는 실제로 두 가지 장점을 최대한 활용하고 있습니다. 전고체 배터리는 리튬 금속 양극을 사용할 수 있기 때문에 용량 상한선이 훨씬 높기 때문에 궁극적으로 기존 배터리에 비해 에너지 밀도가 극적으로 증가할 것입니다. 액체 전해질을 기반으로 한 리튬 이온 배터리."

하이브리드 세라믹-폴리머 전해질은 하키퍽처럼 보이지만 순수 세라믹보다 손상에 더 강합니다. "그것은 확실히 세라믹보다 훨씬 더 관대할 것입니다"라고 Stern은 말했습니다. "미세 균열이 발생하더라도 폴리머는 무결성을 보장하고 구조적으로 함께 유지하는 비계를 제공할 것입니다."

전고체 배터리는 아직 상업적으로 사용되지는 않지만, 배터리 제조업체의 지속적인 개선에 따라 적어도 한 EV 제조업체는 향후 몇 년 내에 전고체 배터리를 차량에 탑재할 계획입니다. 그러나 이 기술은 기존 액체 전해질 시스템보다 훨씬 덜 성숙하여 Georgia Tech 연구원들이 연구 중인 하이브리드 시스템과 같은 혁신을 불러일으킵니다.

이 연구는 부분적으로 GTRI의 3년 독립 연구 개발 약정 110만 달러의 지원을 받고 있습니다. "전기 자동차, 배터리 제조 및 재활용을 위해 조지아에 이루어진 전례 없는 연방 및 주 투자를 통해 GTRI는 격차와 새로운 비즈니스 모델을 식별하고 이에 대응하는 데 필요한 재활용 공장의 수와 유형을 예측하는 데 도움이 되는 강력한 협력을 계속 구축하고 있습니다. 미래 시장 수요가 있을 것"이라고 Stern은 덧붙였습니다.