혁신적인 배터리 구조로 리튬 사이클링의 빠른 충전 목표를 초과합니다.

Jun 29, 2023

2023년 8월 4일

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메릴랜드 대학교

현재 배터리는 필요한 충전 시간과 도달 가능한 범위에 따라 제한됩니다. 미국 에너지부(DOE)는 전기 자동차(EV) 배터리를 충전하기 위해 10분의 급속 충전 목표를 개발했습니다.

그러나 고속 충전 전류 리튬 이온 배터리는 탄소 양극의 리튬 금속 도금과 치명적인 리튬 수지상 단락의 잠재적 형성을 초래할 수 있습니다. Li-금속 양극은 문제가 되는 Li-금속 도금이 아니라 실제로 양극이고, 더욱이 Li-금속 양극은 더 높은 에너지 밀도 배터리를 가능하게 하여 EV 주행 거리를 가능하게 하기 때문에 이러한 문제를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 현재까지 Li 금속 양극의 충전 속도는 리튬 덴드라이트 단락의 형성으로 인해 제한을 받고 있습니다.

메릴랜드 에너지 혁신 연구소(MEI2) 소장이자 메릴랜드 대학교(UMD) 석좌 교수인 Eric Wachsman 박사와 그의 연구팀은 단상 혼합 이온 및 전자 전도성(MIEC) 가넷 물질을 개발했습니다. 이전에 개발된 3D 아키텍처에 통합했을 때 Li 사이클링에 대한 DOE 고속 충전 목표를 달성했을 뿐만 아니라 이를 10배 이상 초과했습니다.

MIEC 가넷의 다공성 구조는 표면 전체에 균일하게 전위를 분산시켜 사이클링 중에 고체 전해질(SE)에 가해지는 응력을 완화시켜 수상돌기 형성을 유도할 수 있는 국부적 핫스팟을 방지합니다.

이 혁신적인 소재와 구조는 EV 및 기타 응용 분야에 영향을 미칠 엄청난 혁신입니다. "MIEC(Mixed-Ion-Electron-Conducting) 가넷 3D 아키텍처를 통해 구현되는 극한의 리튬-금속 사이클링"이라는 논문이 Nature Materials에 게재되었습니다.

Li 사이클링 속도(X축), 사이클당 Li 수량(원 직경) 및 누적 Li 사이클링(Y축)은 전류 밀도, 사이클당 면적 용량 및 누적 용량에 대한 DOE 고속 충전 목표를 훨씬 초과합니다. 압력이 가해지지 않은 실온에서. 이러한 리튬 사이클링 기능을 통해 EV는 예상되는 EV 수명/보증 요구 사항을 훨씬 뛰어넘는 10년 동안 매일 100% 방전 깊이 주기를 수행할 수 있습니다.

ACCESS 아르곤 국립 연구소의 수석 과학자이자 시카고 대학교 프리츠커 분자공학 교수인 Y. Shirley Meng 박사는 "Wachsman과 팀은 이번 연구에서 리튬 금속 양극의 우수한 속도 성능을 입증했습니다. 혁신적인 3D 디자인과 독특한 아키텍처를 통해 이러한 성능을 구현할 수 있었으며, 이러한 접근 방식은 차세대 고에너지 이차전지 설계에 새로운 패러다임을 열었습니다."