그래핀이 전기자동차(EV)에 사용될 것인가?

Jul 07, 2023

그래핀이란 무엇입니까? 그래핀은 놀라운 특성을 지닌 단일 원자 평면으로 구성된 2차원 소재입니다. 다른 층상 물질과 달리 그래핀은 단일 평면에 배열된 원자로 구성되어 진정한 2차원 물질입니다. 이러한 2차원적 층이 여러 겹으로 쌓이면 흑연이 된다.

두께는 적층, 기판과의 상호작용 등의 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 그래핀의 기계적 거동은 물리적 치수와 탄성 계수에 의해 결정되며 일반적으로 다양한 실험적, 이론적 방법을 통해 측정되고 특성화됩니다.

에너지 저장용 그래핀그래핀의 넓은 표면적은 더 많은 수의 활성 부위를 허용하여 더 큰 전기화학 반응을 촉진하고 그래핀 EV 배터리의 에너지 저장 용량을 증가시킵니다.

유연한 그래핀 EV 배터리를 위한 그래핀 기반 소재 2019년 연구에서는 유연한 배터리에 그래핀 기반 재료를 사용하는 방법을 논의했습니다. 본 연구에서는 섬유, 필름, 에어로겔을 포함한 그래핀의 다양한 거시적 구조를 탐구합니다. 그래핀 필름은 유연성을 보여주며 리튬 이온 배터리(LIB)의 집전체로 사용되어 에너지 밀도와 수명을 향상시킵니다.

하이드로겔 및 에어로겔과 같은 3차원(3D) 그래핀 구조는 넓은 표면적과 높은 다공성을 제공하여 활성 물질 로딩 및 전해질 접근성을 향상시킵니다. 그래핀 기반 전극은 LIB, 나트륨 이온 배터리(SIB), 다가 금속 이온 배터리(ZIB, AIB) 및 리튬-황 배터리(Li-S 배터리)에서 가능성을 보여줍니다.

유연한 그래핀 전극은 우수한 기계적 안정성, 고용량, 속도 성능 및 사이클링 수명을 나타내므로 유연한 에너지 저장 시스템의 다양한 응용 분야에 적합합니다. Li-S 배터리용 유연한 양극을 최적화하고 개발하려면 추가 연구가 필요합니다.

탄소 나노섬유와 이황화 몰리브덴(MoS2) 나노플레이크를 사용한 그래핀 기반 아키텍처 나트륨 이온 배터리는 장기적인 안정성과 고속 성능 문제에 직면해 있습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 2019년 연구에서 연구원들은 수직으로 침투하는 탄소 나노섬유(CNF)와 현장 성장 이황화 몰리브덴(MoS2) 나노플레이크를 사용하여 그래핀 기반 아키텍처를 개발했습니다. 이 상호침투된 그래핀 구조는 기계적 무결성과 전기 전도성을 향상시킵니다.

그 결과 배터리는 598mAh g−1의 비용량, 최대 1000사이클의 장기 사이클링 안정성, 높은 전류 밀도에서도 뛰어난 속도 성능 등 뛰어난 전기화학적 성능을 나타냅니다. 그래핀은 넓은 표면적, 높은 전도성, 기계적 강도로 인해 배터리 응용 분야에 이상적인 탄소 소재입니다. MoS2가 포함된 CNF 상호침투 그래핀의 독특한 아키텍처는 향상된 안정성과 속도 성능을 갖춘 고성능 나트륨 이온 배터리 개발을 약속합니다.

그래핀EV 배터리의 장점그래핀 EV 배터리는 전기 자동차에 사용되는 기존 배터리에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다.

더 빠른 충전 그래핀 EV 배터리에 비해 기존 EV 배터리와 관련된 주요 관심사 중 하나는 기존 리튬 이온 배터리가 완전 충전에 도달하는 데 몇 시간이 걸리기 때문에 이러한 배터리를 충전하는 데 필요한 시간이며, 이로 인해 전기 자동차의 편의성과 유용성이 제한됩니다. 그래핀 EV 배터리는 배터리의 전극 재료 전체에 빠른 이온 이동을 허용하여 충전 시간을 단축함으로써 이러한 문제에 대한 솔루션을 제공합니다. 연구자들은 그래핀을 사용하면 곧 몇 시간이 아닌 몇 분 만에 전기 자동차를 충전하는 것이 가능할 것으로 예상합니다.

열 방출그래핀 EV 배터리의 향상된 열전도율은 충전 및 방전 주기 동안 열을 보다 효율적으로 발산하는 데 도움이 되어 과열 위험을 줄이고, 그래핀 EV 배터리의 안전성을 향상시키며, 배터리 화재 관련 문제를 해결하고 안정적이고 안전한 에너지 저장 시스템을 보장합니다.