리튬 이온 배터리의 망간 변화
2021년 3월 22일 - 리튬 이온 배터리 에너지 저장 리튬 이온 에너지 저장
코발트가 없는 음극은 가장 저렴한 금속 중 하나를 사용하여 공급 문제를 해결할 수 있습니다.
미국 연구진이 전통적인 코발트나 니켈 대신 망간을 음극 소재로 사용하는 리튬이온 배터리를 개발했다. 이 작업은 점점 더 비싸고 제한된 자원에 대한 저렴하고 풍부한 대안을 제공하여 빠르게 증가하는 리튬 이온 에너지 저장 수요를 충족할 수 있는 방법을 제공할 수 있습니다.
대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 구조를 쉽게 계층화하고 정렬할 수 있기 때문에 코발트나 니켈에 의존해 왔습니다. 그러나 2014년 Gerbrand Ceder가 이끄는 MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 그룹은 무질서한 구조의 리튬 이온 배터리가 리튬이 풍부하다면 작동할 수 있음을 보여주었습니다. 더 나은, 재료.
캘리포니아 대학과 미국 로렌스 버클리 국립 연구소의 Ceder와 동료들은 이제 무질서한 망간 기반 음극을 갖춘 리튬 이온 배터리를 개발했으며 잠재적으로 코발트나 니켈보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 보여주었습니다. '우리의 생각은 적층에 신경 쓰지 않는 음극을 만들 수 있다면 훨씬 더 넓은 스펙트럼의 금속을 사용할 수 있다는 것이었습니다.'라고 MIT의 이진혁 수석 저자가 말했습니다. '우리는 가장 저렴한 금속 중 하나인 망간을 선택하기로 결정했습니다.'
망간은 이미 전통적인 층형 리튬 이온 배터리 양극에 사용되지만 전자 저장에 거의 관여하지 않는 안정화 금속으로 사용됩니다. 무질서한 망간 및 기타 금속 산화물로만 음극을 만들려는 최근의 시도는 충전 중에 리튬 이온이 음극에서 리튬 기반 양극으로 이동할 때 너무 많은 산소 산화환원 활동으로 인해 불안정해지고 용량이 손실되기 때문에 제한적이었습니다.
이러한 활동을 줄이고 고용량 산화망간 음극을 얻기 위해 Ceder 팀은 고용량 니켈 기반 음극이 하나가 아닌 두 개의 전자를 교환하도록 망간을 얻는 방법을 찾았습니다. 여기에는 일부 산소 음이온을 낮은 원자가의 불소 음이온으로 대체하고 일부 망간 양이온을 높은 원자가의 니오븀 및 티타늄 이온으로 교체하여 망간 원자가를 Mn2+로 낮추는 작업이 포함되었습니다. 이는 망간 양이온의 이중 산화환원이 Mn2+에서 Mn4+로 발생하여 높은 비율의 리튬 이온이 불안정해지지 않고 음극에서 리튬 양극으로 이동할 수 있음을 의미합니다.
Ceder는 '우리 실험실 규모 [배터리 사이클링 테스트] 결과는 기존 음극(600~700Wh/kg)의 에너지 밀도에 비해 음극의 에너지 밀도(~1000Wh/kg)가 훨씬 더 높다는 것을 보여줍니다.'라고 말합니다. '그러나 우리의 데이터는 상업적 규모가 아니므로 재료에 대한 추가 테스트와 최적화가 뒤따라야 합니다.'
실제 적용을 위해서는 사이클 안정성의 추가 개선이 필요하지만 보고된 전략은 큰 가능성을 갖고 있으며 다양한 고가 양이온에 대한 광범위한 탐색을 허용한다고 미국 조지아 공과대학에서 에너지 저장을 연구하는 Gleb Yushin은 말했습니다. '셀 전압을 매우 낮은 값으로 줄여야 할 필요성은 보고된 기술을 전자 장치에 적용하는 데 장벽을 만들 수 있지만 자동차 애플리케이션에는 큰 문제가 되어서는 안 됩니다.'
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