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플렉시블 솔리드 스테이트 배터리는 무엇입니까?

월 04, 2022

By hoppt

유연한 솔리드 스테이트 배터리

국제 과학자 그룹이 전기 자동차의 범위를 늘리고 노트북과 스마트폰의 화재를 예방할 수 있는 새로운 유형의 고체 배터리를 개발했습니다. 저자는 Advanced Energy Materials에서 발견한 내용을 설명합니다. 기존의 충전식 배터리에 사용되는 액체 전해질을 세라믹인 '고체'로 대체함으로써 더 안전하고 사용하기에 더 효과적이고 오래 지속되는 배터리를 생산할 수 있습니다. 연구원들은 이러한 이점이 전기 자동차를 포함한 모든 종류의 장치에 보다 효율적이고 친환경적인 배터리의 길을 열 수 있기를 희망합니다.

미국과 영국의 연구 저자들은 얼마 동안 리튬 이온 배터리의 액체 전해질에 대한 대안을 모색해 왔습니다. 2016년에 그들은 기존 리튬 이온 전지의 두 배 이상의 전압에서 작동할 수 있지만 유사한 효율을 갖는 고체 배터리의 개발을 발표했습니다.

그들의 최신 디자인은 이 이전 버전에 대한 상당한 개선을 나타내지만 MIT의 연구원 Donald Sadoway는 여전히 개선의 여지가 있다고 지적합니다. "상승된 온도에서 세라믹 재료에서 높은 이온 전도성을 달성하는 것은 어려울 수 있습니다." "이것은 획기적인 성과였습니다." 연구원들은 이러한 개선된 배터리를 테스트한 후 전기 자동차 또는 비행기에 동력을 공급하는 데 적합하다는 것이 입증되기를 희망합니다.

고체 상태 배터리에서는 가연성 액체 전해질 대신 세라믹 전해질을 사용하여 과열로 인한 손상을 방지합니다. 배터리가 손상되고 세라믹 전해질이 과열되기 시작하면 점화되지 않고 탄화되어 불이 붙는 것을 방지합니다. 이러한 고체 물질의 구조에 있는 기공은 또한 고체 내에서 확장된 네트워크를 통해 이동하는 이온과 함께 훨씬 더 높은 전하 부하를 전달할 수 있습니다.

이러한 기능은 과학자들이 가연성 액체 전해질을 포함하는 배터리에 비해 배터리의 전압과 커패시턴스를 모두 높일 수 있음을 의미합니다. 실제로 Sadoway 교수는 "우리는 12°C[90°F]에서 작동하는 194볼트의 리튬 공기 전지를 시연했습니다. 이는 다른 사람이 달성한 것보다 높은 것입니다."라고 말했습니다.

이 새로운 배터리 설계는 세라믹 전해질이 일반적으로 유기 전해질보다 더 안정적이라는 사실을 포함하여 가연성 전해질에 비해 다른 잠재적인 이점이 있습니다. "놀라운 것은 그것이 얼마나 잘 작동했는지입니다."라고 Sadoway 교수가 말했습니다. "우리는 이 세포에 투입한 것보다 더 많은 에너지를 이 세포에서 얻었습니다."

이러한 안정성 덕분에 제조업체는 과열에 대해 걱정할 필요 없이 많은 수의 고체 전지를 노트북이나 전기 자동차에 포장할 수 있으므로 장치가 훨씬 더 안전해지고 기능 수명이 연장됩니다. 현재 이러한 종류의 배터리가 과열되면 최근에 Samsung Galaxy Note 7 전화에서 발생한 것처럼 화재가 발생할 위험이 있습니다. 결과 화염은 연소를 지속할 수 있는 공기가 세포 내부에 없기 때문에 퍼질 수 없습니다. 실제로, 그들은 초기 손상 부위를 넘어서 퍼질 수 없었을 것입니다.

이 단단한 재료는 또한 매우 오래 지속됩니다. 대조적으로, 더 높은 온도(100°C 이상)에서 작동하는 가연성 액체 전해질로 리튬 이온 배터리를 만들려는 일부 시도는 500번 또는 600번 사이클 후에 정기적으로 불이 붙습니다. 세라믹 전해질은 화재 없이 7500회 이상의 충전/방전 주기를 견딜 수 있습니다."

새로운 발견은 EV의 범위를 확장하고 스마트폰 화재를 예방하는 데 매우 중요할 수 있습니다. Sadoway에 따르면 "이전 세대의 배터리에는 납산[자동차] 스타터 배터리가 있었습니다. 범위가 짧았지만 믿을 수 없을 정도로 안정적이었습니다."라고 그는 덧붙였습니다. "약 60°C보다 뜨거워지면 불이 붙을거야."

오늘날의 리튬 이온 배터리는 이것에서 한 단계 더 발전했다고 그는 설명합니다. 그는 "거리가 길지만 심각한 과열과 화재로 인해 손상될 수 있다"면서 새로운 고체 배터리가 훨씬 더 안정적이고 안전한 장치로 이어질 수 있기 때문에 잠재적으로 "근본적인 돌파구"라고 덧붙였다.

MIT의 과학자들은 이 기술이 널리 사용되기까지 XNUMX년이 걸릴 수 있다고 생각하지만 빠르면 내년에도 삼성이나 애플과 같은 대형 제조업체의 스마트폰에 이러한 종류의 배터리가 장착되기를 희망합니다. 그들은 또한 랩톱 및 전기 자동차를 포함하여 전화 외에도 이러한 셀에 대한 많은 상업적 용도가 있다고 언급했습니다.

그러나 새도웨이 교수는 기술이 완성되기까지는 아직 갈 길이 멀다고 경고한다. "우리는 보기에 매우 우수한 전지를 가지고 있지만 아직 초기 단계입니다. ... 우리는 아직 대규모의 고전력 밀도 전극을 가진 전지를 만들지 못했습니다."

Sadoway는 이 혁신이 훨씬 더 넓은 범위의 EV에 연료를 공급할 뿐만 아니라 잠재적으로 스마트폰 화재를 예방할 수 있는 잠재력이 있기 때문에 즉시 널리 채택될 것이라고 믿습니다. 아마도 더 놀라운 것은 대부분의 제조업체가 안전성과 신뢰성을 확신하게 되면 솔리드 스테이트 배터리가 XNUMX년 이내에 보편적으로 사용될 수 있다는 그의 예측일 것입니다.

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