새로운 연구에서 리튬 백금을 억제하는 방법 발견

런던 퀸메리 대학교

이미지: 흑연 음극 충전 과정에서 리튬 농도 분포를 색상으로 표시더보기

출처: Xuekun Lu 외/Nature Communications

영국과 미국의 국제 연구팀과 공동으로 런던 퀸메리 대학의 Xuekun Lu 박사가 주도한 새로운 연구에서는 전기 자동차 배터리의 리튬 도금을 방지하여 충전 시간을 단축할 수 있는 방법을 찾았습니다. 이 논문은 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.

리튬 도금은 리튬이온 배터리에서 고속 충전 시 발생할 수 있는 현상입니다. 이는 리튬 이온이 배터리 음극에 삽입되는 대신 배터리 음극 표면에 축적되어 계속 성장하는 금속 리튬 층을 형성할 때 발생합니다. 배터리가 손상되고 수명이 단축되며 단락으로 인해 화재나 폭발이 발생할 수 있습니다.

Xuekun Lu 박사는 흑연 음극의 미세 구조를 최적화함으로써 리튬 도금을 크게 완화할 수 있다고 설명합니다. 흑연 음극은 무작위로 분포된 작은 입자로 구성되며 균일한 반응 활성과 국부적인 리튬 포화도 감소를 위해 입자와 전극 형태를 미세 조정하는 것이 리튬 도금을 억제하고 배터리 성능을 향상시키는 열쇠입니다.

"우리의 연구에 따르면 흑연 입자의 리튬화 메커니즘은 표면 형태, 크기, 모양 및 방향에 따라 뚜렷한 조건에서 다양합니다. 이는 리튬 분포와 리튬 도금 성향에 큰 영향을 미칩니다."라고 Lu 박사는 말했습니다. “선구적인 3D 배터리 모델의 도움을 받아 우리는 리튬 도금이 언제 어디서 시작되고 얼마나 빨리 성장하는지 포착할 수 있습니다. 이는 전기 자동차의 미래에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 혁신입니다.”

이 연구는 고속 충전 중 흑연 입자 내 리튬 재분배의 물리적 프로세스에 대한 이해를 향상시켜 고급 고속 충전 프로토콜 개발에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이러한 지식은 리튬 도금의 위험을 최소화하면서 효율적인 충전 프로세스로 이어질 수 있습니다.

이번 연구에서는 충전 시간이 단축되는 것 외에도 흑연 전극의 미세 구조를 미세화하면 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다는 사실도 발견했습니다. 이는 전기차가 한번 충전으로 더 멀리 갈 수 있다는 것을 의미한다.

이번 발견은 전기차 배터리 개발에 있어 획기적인 진전이다. 이는 더 빠르게 충전되고, 더 오래 지속되며, 더 안전한 전기 자동차로 이어질 수 있으며, 이는 소비자에게 더 매력적인 선택이 될 것입니다.

네이처커뮤니케이션즈

10.1038/s41467-023-40574-6

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2023년 8월 24일

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