깨끗하고 효율적인 에너지 저장 기술은 재생 가능 에너지 인프라를 구축하는 데 필수적입니다.리튬 이온 배터리는 이미 개인용 전자 장치에서 지배적이며 신뢰할 수 있는 그리드 수준 저장 장치 및 전기 자동차의 유망한 후보입니다.그러나 충전 속도와 사용 수명을 개선하려면 추가 개발이 필요합니다.
이러한 더 빠르고 오래 지속되는 배터리의 개발을 돕기 위해 과학자들은 배터리 성능의 한계를 식별하기 위해 작동 중인 배터리 내부에서 발생하는 프로세스를 이해할 수 있어야 합니다.현재 활성 배터리 재료가 작동하면서 시각화하려면 정교한 싱크로트론 X선 또는 전자 현미경 기술이 필요합니다.결과적으로 개별 활성 입자의 길이 규모와 상업적으로 관련된 급속 충전 속도에 대한 이온 역학은 거의 탐구되지 않은 상태로 남아 있습니다.
케임브리지 대학의 연구원들은 리튬 이온 배터리를 연구하기 위해 저렴한 실험실 기반 광학 현미경 기술을 개발하여 이 문제를 극복했습니다.그들은 현재까지 가장 빠른 충전 음극 재료 중 하나인 Nb14W3O44의 개별 입자를 조사했습니다.가시광선은 작은 유리창을 통해 배터리로 전송되어 연구원들이 실제적인 비평형 조건에서 활성 입자 내의 동적 과정을 실시간으로 관찰할 수 있도록 합니다.이것은 개별 활성 입자를 통해 이동하는 전면과 같은 리튬 농도 구배를 나타내어 일부 입자가 파손되는 내부 변형을 초래했습니다.입자 골절은 파편의 전기적 분리로 이어져 배터리의 저장 용량을 감소시킬 수 있기 때문에 배터리의 문제입니다.케임브리지 캐번디시 연구소의 공동 저자인 크리스토프 슈네더만(Christoph Schnedermann) 박사는 "이러한 자발적인 사건은 배터리에 심각한 영향을 미치지만 지금까지는 실시간으로 관찰할 수 없었다"고 말했다.
광학 현미경 기술의 높은 처리량 기능은 연구원들이 많은 수의 입자를 분석할 수 있게 하여 입자 균열이 더 높은 탈리튬화 속도와 더 긴 입자에서 더 일반적임을 밝혀냈습니다."이러한 발견은 이러한 종류의 재료에서 입자 파괴 및 용량 감소를 줄이기 위해 직접 적용 가능한 설계 원칙을 제공합니다."라고 Cambridge's Cavendish Laboratory and Chemistry Department의 PhD 후보자인 Alice Merryweather가 말했습니다.
앞으로 빠른 데이터 수집, 단일 입자 분해능 및 높은 처리량 기능을 포함한 방법론의 주요 이점을 통해 배터리가 고장났을 때 발생하는 일과 이를 방지하는 방법에 대한 추가 조사가 가능하게 될 것입니다.이 기술은 거의 모든 유형의 배터리 재료를 연구하는 데 적용할 수 있어 차세대 배터리 개발에서 중요한 퍼즐 조각이 됩니다.
게시 시간: 2022년 9월 17일