리튬 배터리용 황 함유 음극을 사용한 실험은 우연히 예상치 못한 발견으로 이어졌습니다. 과학자들은 이전에 일어나지 않았던 실온에서 단사정계 γ-황(감마-황) 상태의 일정한 안정화를 우연히 달성했습니다. 이는 현재 리튬 전지보다 3배 더 큰 용량의 리튬-황 전지 개발에 희망을 주고 있다.
전기차에서 스마트폰에 이르기까지 산업은 새로운 고용량 배터리가 필요하며 이것이 없으면 발전이 어렵습니다. 새로운 유형의 배터리의 유망한 버전 중 하나는 이론적으로 현대 리튬 이온 배터리보다 최대 3배 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 리튬-황 전지입니다. 이 과정에서 단 하나의 큰 문제가 있습니다. 리튬-황 전지는 각 충전 주기마다 매우 빠르게 용량을 잃습니다. 즉, 각 주기 동안 최대 78%입니다.
필라델피아의 Drexel University 과학자들이 황을 리튬 배터리에 사용하여 안정적인 음극을 개발하려는 시도에서 예상치 못한 기능이 밝혀졌습니다. 음극 물질로 작업하는 과정에서 과학자들은 안정적인 형태의 γ-황을 만들 수 있었습니다. 이것은 황의 두 가지 안정적인 결정 상태 중 하나인 소위 단사정계이지만 95°C 이하로 냉각되면 다른 안정한 상(마름모꼴)으로 이동합니다.
“지난 세기 동안 단사정 형태의 γ-황이 얻어지고 20-30분 이상 안정하지 않은 몇 가지 연구만 수행되었습니다. 그러나 우리는 성능 저하 없이 수천 번의 충방전 주기를 거친 음극에서 그것을 만들었고, 1년 후 우리의 연구는 화학적 단계가 동일하게 유지되었음을 보여주었다”고 연구 저자 중 한 명인 Rahul Pai가 말했습니다. 이 연구는 Nature Communications Chemistry에 게재되었으며 다음에서 무료로 제공됩니다.
https://www.nature.com/articles/s42004-022-00626-2
일반 사용 10년에 해당하는 1년 동안 4000번의 충방전 사이클을 수행한 후에도 황 음극은 안정적으로 유지되었으며 열화되지 않았습니다. 예상대로 배터리 용량은 리튬 이온 전지의 3배 이상이었습니다. 과학자들은 열광적이며 궁극적으로 기술을 상용화하기 위해 프로세스의 메커니즘을 정확히 이해하려고 노력하고 있습니다.
2022-02-16 12:23:15
작가: Vitalii Babkin