더 나은 전기차 배터리로 이어질 수 있는 비누방울 발견

비누방울과 리튬-금속 배터리 사이에서 발견된 흥미로운 상관관계는 실험실 환경을 넘어 차량에 적용하여 주행 거리를 크게 늘릴 수 있는 혁신적 잠재력을 가지고 있습니다.

리튬-금속 배터리는 일반적으로 노트북과 스마트폰에 사용되는 일반 리튬-이온 배터리의 대안입니다. 이러한 배터리 유형은 더 높은 에너지를 제공하고 더 먼 거리를 이동할 수 있기 때문에 전기 자동차에 더 적합할 수 있습니다.

양전하를 띤 음극, 음전하를 띤 양극, 그 사이에 삽입된 분리막, 전류가 음극과 양극 사이를 통과하는 매개체 역할을 하는 화학 전해질로 구성됩니다.

리튬 이온 배터리에서는 일반적으로 흑연이지만 리튬 금속 배터리에서는 리튬이라는 양극 소재의 차이점이 있습니다. 이러한 변화는 이론적으로 배터리의 무게나 크기를 늘리지 않고도 50% 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 해주며, 더 많은 에너지 저장은 전기차의 주행 거리 연장을 의미합니다.

현재 리튬-금속 배터리 시스템의 전해질 기능 상태는 전기 자동차의 최적 성능 기준에 미치지 못합니다.

전기 자동차(EV)가 리튬 금속 배터리를 활용하기 전에 극복해야 할 중요한 장애물은 이러한 배터리를 위한 개선된 전해질의 개발입니다.

리튬 이온 배터리에서는 일반적으로 소금과 소금을 녹일 수 있는 용매를 혼합하여 사용합니다. 그러나 이러한 유형의 전해질은 리튬 금속 배터리 내에서 전기 에너지를 전달하는 데 제한적인 효율을 나타내며, 이는 성능 저하를 가속화하고 잠재적으로 위험한 단락을 초래하여 궁극적으로 배터리 고장 및 화재로 이어질 수 있습니다.

국소 고농도 전해질(LHCE)을 둘러싼 수수께끼는 리튬-금속 배터리의 대안으로서의 잠재력에 있습니다. 이러한 전해질은 기존 전해질에 비해 용매 내에 더 많은 농도의 염을 함유하고 있으며, 물질 전체에 전류의 흐름을 원활하게 하는 희석제를 포함하고 있습니다.

실험실 실험에서 고무적인 결과를 보였지만, 아이다호 국립연구소(INL)와 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소의 전문가들이 개발한 이 새로운 전해질의 효과에 대한 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았습니다. 따라서 실제 배터리에 적용하는 방법을 최적화하는 것은 여전히 수수께끼로 남아 있습니다.

새로운 소식?브라운 대학교와 INL의 연구팀은 비눗물의 작은 거품과 유사한 구조가 먼지와 세균에 결합하여 가두는 구조(“미셀"이라고 함)가 LCHE 내부에도 형성된다는 사실을 발견했습니다.

“여기서 우리는 비누 또는 계면활성제의 역할이 희석제와 소금을 모두 결합하는 용매가 미셀 중앙의 고농도 소금을 감싸는 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다.“라고 의 연구원 빈 리(Bin Li)는 말합니다.

이 데이터에 비추어 LHCE 제형 내에서 가장 효과적인 것으로 간주되는 세 가지 성분의 이상적인 비율에 대한 결정이 내려졌습니다.

우리의 이론적 프레임워크는 특정 상황에서 우리가 원하는 상호작용을 안내할 수 있는 일련의 원칙을 제공했습니다.

Yue Qi

리튬-금속 배터리는 전기자동차(EV)에 사용됨으로써 보다 지속 가능한 미래에 대한 가능성을 제시하지만, 기존의 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있을지는 아직 불확실합니다. 실리콘 또는 망간 페라이트로 구성된 음극을 사용하는 배터리와 나트륨 이온 배터리 및 고체 전해질 소재를 사용하는 배터리와 같은 대체 배터리도 유망한 결과를 보여주고 있습니다.

앞으로 브라운 대학교와 아이다호 국립연구소의 연구진은 이 연구에서 얻은 통찰력을 활용하여 가까운 미래에 실용적인 리튬-금속 전기 자동차 배터리를 실현하는 것을 궁극적인 목표로 배터리 전해질 배합을 더욱 개선하는 것을 목표로 하고 있습니다.

이제 우리는 전해질 내에 존재하는 염, 용매, 희석제 간의 바람직한 상호작용을 달성하기 위한 이론적 프레임워크와 확립된 프로토콜을 보유하게 되었습니다.“라고 연구원 Yue Qi는 말했습니다.

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