극한의 추위에서 더 오래 지속되는 리튬 이온 배터리

극한의 추위에서 더 오래 지속되는 리튬 이온 배터리
날짜:
2022년 6월 8일
원천:
미국 화학 학회
요약:
기온이 영하로 떨어지면 휴대폰을 자주 충전해야 하고 전기차는 주행거리가 짧아진다. 이는 리튬 이온 배터리의 양극이 느려져 충전량이 적고 에너지가 빨리 소모되기 때문입니다. 극한의 추위에서 전기적 성능을 향상시키기 위해 연구원들은 리튬 이온 배터리의 기존 흑연 양극을 울퉁불퉁한 탄소 기반 재료로 교체했으며, 이는 재충전 가능한 저장 용량을 -31F까지 유지합니다.

기온이 영하로 떨어지면 휴대폰을 자주 충전해야 하고 전기차는 주행거리가 짧아진다. 이는 리튬 이온 배터리의 양극이 느려져 충전량이 적고 에너지가 빨리 소모되기 때문입니다. 극한의 추위에서 전기적 성능을 향상시키기 위해 ACS Central Science 에 보고된 연구원 들은 리튬 이온 배터리의 기존 흑연 양극을 울퉁불퉁한 탄소 기반 재료로 교체했으며 충전식 저장 용량을 -31F까지 유지합니다.

리튬 이온 배터리는 많은 에너지를 저장할 수 있고 수명이 길기 때문에 충전식 전자 제품에 전원을 공급하는 데 적합합니다. 그러나 온도가 영하로 떨어지면 이러한 에너지원의 전기적 성능이 떨어지고 조건이 충분히 차가워지면 전하를 전송하지 못할 수 있습니다. 이것이 바로 미국 중서부에 사는 일부 사람들이 한겨울에 전기 자동차에 문제가 있는 이유와 우주 탐사에 이러한 배터리를 사용하는 것이 위험한 이유입니다. 최근 과학자들은 양극에서 흑연의 평평한 방향이 추운 환경에서 리튬 이온 배터리의 에너지 저장 용량 감소의 원인이 된다고 결론지었습니다. 따라서 Xi Wang, Jiannian Yao 및 동료들은 양극의 전하 이동 과정을 개선하기 위해 탄소 기반 물질의 표면 구조를 수정하기를 원했습니다.

새로운 재료를 만들기 위해 연구원들은 코발트를 함유한 제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF-67로 알려짐)를 고온에서 가열했습니다. 생성된 12면 탄소 나노구는 우수한 전하 전달 능력을 나타내는 울퉁불퉁한 표면을 가졌습니다. 그런 다음 팀은 동전 모양의 배터리 내부에서 리튬 금속을 음극으로 사용하여 양극으로 재료의 전기적 성능을 테스트했습니다. 애노드는 77F ~ -4F의 온도에서 안정적인 충전 및 방전을 보여주었고 실온 에너지 저장 용량의 85.9%를 동결 바로 아래로 유지했습니다. 이에 비해 흑연과 탄소 나노튜브를 비롯한 다른 탄소 기반 양극으로 만든 리튬 이온 배터리는 영하의 온도에서 거의 충전되지 않았습니다. 연구원들이 기온을 -31F로 떨어뜨렸을 때, 울퉁불퉁한 나노구로 만든 양극은 여전히 ​​재충전이 가능했으며 방전 중에 배터리에 충전된 전하의 거의 100%를 방출했습니다. 울퉁불퉁한 나노구 물질을 리튬 이온 배터리에 통합하면 극저온에서 이러한 에너지원을 사용할 수 있는 가능성이 열릴 수 있다고 연구원들은 말합니다.