새로운 리튬 이온 전도체 발견 - 전기 자동차 배터리를 과충전할 수 있는 새로운 소재

리버풀 대학의 연구팀이 배터리의 액체 전해질을 대체할 수 있는 새로운 고체 리튬 이온 도체를 개발하여 안전성과 효율성을 모두 개선했습니다. 인공지능과 학제 간 협력으로 뒷받침된 이 혁신은 친환경 에너지 저장 시스템에서 추가적인 돌파구를 마련할 수 있는 기회를 열어줍니다. 표시된 이미지는 재료 구조 전체에서 리튬 이온(파란색으로 표시)의 움직임을 보여줍니다.

리버풀 대학교 연구진이 리튬 이온을 빠르게 전도할 수 있는 새로운 고체 물질을 발견했습니다.

재료 과학 영역에서 중요한 장애물 중 하나는 넷 제로와 같은 국제적인 목표를 달성하는 데 중추적인 역할을 할 수 있는 혁신적인 물질을 만들고 식별하는 것입니다.

저명한 학술지 Science에 발표된 논문에서 명문 리버풀 대학의 학자들은 리튬 이온의 이동을 촉진하는 데 놀라운 능력을 보이는 고체 물질을 공개했습니다. 이 리튬 전해질은 전기 자동차 및 수많은 전자 기기의 작동에 연료를 공급하는 충전식 배터리의 핵심 구성 요소로서 중추적인 역할을 합니다.

이 새로운 화합물은 무해하고 풍부한 지구 원소로 구성되어 있으며 리튬 이온 배터리에 사용되는 현재의 액체 전해질을 대체하기에 충분한 리튬 이온 전도성을 지니고 있습니다. 이러한 대체는 안전성과 에너지 저장 능력을 모두 향상시킵니다.

대학의 학자들로 구성된 학제 간 연구 그룹은 혁신적인 과학적 방법론을 사용하여 실험실에서 이 물질을 성공적으로 합성하고, 구성 원자의 공간 배열을 결정하여 그 구성을 확인했으며, 궁극적으로 배터리 셀 내에서 실증을 통해 이러한 발견을 검증했습니다.

인공지능과 공동 연구의 역할

이 신물질은 기존 액체 전해질을 능가하는 수준의 리튬 이온 전도 능력을 가진 매우 희귀한 종류의 고체 물질로, 독특한 구조적 특성으로 인해 전례 없는 기능성을 발휘하는 것으로 나타났습니다.

이 분야의 획기적인 혁신은 저명한 기관의 저명한 화학 전문가들이 이끄는 인공지능과 이론적 모델링 및 실험적 검증을 통합하는 학제 간 접근 방식을 통해 촉진되었습니다.

이 혁신적인 물질은 고유의 특성을 강화하기 위해 화학 성분을 개선하는 동시에 이 연구를 통해 얻은 통찰력과 일치하는 추가 화합물을 식별하는 데 기초가 됩니다.

영향 및 향후 방향

리버풀 대학교 화학과 소속 매트 로세인스키 교수가 진행한 연구에서 참신함과 기능성을 결합한 혁신적인 소재가 공개되었습니다. 이 획기적인 소재는 기존 고체 전해질의 개념을 뛰어넘는 구조로 고성능 고체 전해질에 대한 기존의 관념에 도전합니다.

물론 이온 환경의 스펙트럼이 매우 제한적인 일부 고체에만 국한되는 것은 아닙니다. 오히려 이동 이온에 대한 광범위한 다양한 환경을 제공하는 고체가 뛰어난 성능을 발휘합니다. 결과적으로 이는 잠재적인 화학 환경을 상당히 확장하고 이 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있는 충분한 기회를 제공합니다.

최근 뉴스 기사와 언론 매체에서는 새로운 물질을 발견하기 위해 인공지능(AI) 시스템을 활용하고 있다고 선전하고 있습니다. 이러한 AI 시스템은 자율적으로 작동하기 때문에 이전에 확인된 것과 매우 유사한 다양한 물질을 생성할 수 있습니다.

이 조사를 통해 인공지능과 컴퓨팅 시스템은 전문가의 지도하에 실제 물질 내에서 구성과 배열의 진정한 차이를 식별하는 복잡한 과제를 해결할 수 있으며, 이는 기본 원리를 종합적으로 파악하여 속성에 미치는 영향을 평가하는 것을 수반한다는 것이 입증되었습니다.

당사의 혁신적인 설계 방법은 고체 내에서 이온의 빠른 이동을 기반으로 하는 다양한 고효율 물질을 식별할 수 있는 혁신적인 경로를 제시합니다.

참조: “2 음이온 패킹에 의해 정의된 다중 배위 환경을 통한 초이온성 리튬 수송” Guopeng Han, Andrij Vasylenko, Luke M. Daniels, Chris M. Collins, Lucia Corti, Ruiyong Chen, Hongjun Niu, Troy D. Manning, Dmytro Antypov, Matthew S.. Dyer, 임정우, 마르코 자넬라, 마넬 소니, 무닙 바리, 조홍일, 윤당, 크레이그 로버트슨, 프레데릭 블랑, 로렌스 하드윅, 나이젤 브라우닝, 존 클래리지, 매튜 J. 로세인스키, 2024년 2월 15일, Science.
DOI: 10.1126/science.adh5115

공동 연구는 화학과 및 재료과학과, 레버헐미 기능성 재료 디자인 연구센터, 스티븐슨 재생 에너지 연구소, 앨버트 크루 센터, 공과대학 등 리버풀 대학교 내 여러 부서의 연구진으로 구성된 다학제적 팀에서 수행했습니다.

이 프로젝트는 공학 및 물리과학 연구위원회(EPSRC), 레버헐름 트러스트, 패러데이 연구소로부터 재정 지원을 받았습니다.