리튬 이온 배터리의 망간 변신
2021 년 3 월 22 일-리튬 이온 배터리 에너지 저장 리튬 이온 에너지 저장
코발트가없는 음극은 가장 저렴한 금속 중 하나를 사용하여 공급 문제를 해결할 수 있습니다.
미국 연구자들은 전통적인 코발트 나 니켈 대신 망간을 음극 재료로 사용하는 리튬 이온 배터리를 만들었습니다. 이 작업은 점점 더 비싸고 제한된 자원에 대한 저렴하고 풍부한 대안을 제공하여 리튬 이온 에너지 저장에 대한 빠르게 증가하는 수요를 충족 할 수있는 방법을 제공 할 수 있습니다.
대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 구조를 쉽게 계층화하고 정렬 할 수 있기 때문에 코발트 또는 니켈에 의존했습니다. 그러나 2014 년에 Gerbrand Ceder가 이끄는 MIT (Massachusetts Institute of Technology)의 한 그룹은 무질서한 구조를 가진 리튬 이온 배터리가 리튬이 풍부한 한 작동 할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 더 나은, 재료.
캘리포니아 대학과 미국 로렌스 버클리 국립 연구소의 Ceder와 동료들은 이제 망간 기반 음극이 무질서한 리튬 이온 배터리를 개발했으며 코발트 나 니켈보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 보여주었습니다. MIT의 이진혁 수석 저자는“우리의 아이디어는 우리가 레이어링에 신경 쓰지 않는 음극을 만들 수 있다면 훨씬 더 넓은 스펙트럼의 금속을 사용할 수 있다는 것이 었습니다. "망간이 가장 저렴한 금속 중 하나이기 때문에 우리는 망간을 사용하기로 결정했습니다."
망간은 이미 전통적인 층상 리튬 이온 배터리 음극에 사용되지만 전자 저장에 거의 관여하지 않는 안정화 금속으로 사용됩니다. 순수하게 무질서한 망간 및 기타 금속 산화물로 음극을 만들려는 최근 시도는 충전 중에 리튬 이온이 음극에서 리튬 기반 양극으로 이동할 때 너무 많은 산소 산화 환원 활동으로 인해 불안정 해지고 용량을 잃기 때문에 제한적이었습니다.
이 활동을 줄이고 고용량 망간 산화물 음극을 얻기 위해 Ceder의 팀은 망간을 두 전자를 교환하는 방법을 찾았습니다. 이는 고용량 니켈 기반 음극이 하나가 아니라하는 일입니다. 이것은 일부 망간 양이온을 고가의 니오븀 및 티타늄 이온으로 교환하면서 일부 산소 음이온을 저가의 불소 음이온으로 대체함으로써 망간 원자가를 Mn2 +로 낮추는 것을 포함합니다. 이는 망간 양이온의 이중 산화 환원이 Mn2 +에서 Mn4 +로 발생할 수 있음을 의미하며, 리튬 이온의 많은 부분이 불안 정해지지 않고 음극에서 리튬 양극으로 이동할 수 있습니다.
"우리의 실험실 규모 [배터리 사이클링 테스트] 결과는 기존 음극 (600 ~ 700Wh / kg)에 비해 음극의 에너지 밀도 (~ 1000Wh / kg)가 훨씬 더 높은 것으로 나타났습니다.”라고 Ceder는 말합니다. “하지만 우리의 데이터는 상업적 규모가 아니므로 우리 재료의 추가 테스트와 최적화를 따라야합니다.”
â € ~ 실제 적용을 위해서는주기 안정성의 추가 개선이 필요하지만보고 된 전략은 큰 가능성을 갖고 있으며 다양한 고가 양이온에 대한 광범위한 탐색을 허용합니다. , 미국. “셀 전압을 매우 낮은 값으로 낮춰야 할 필요성은보고 된 기술을 전자 장치에 적용하는 데 장벽을 만들 수 있지만 자동차 응용 분야에서는 큰 문제가되지 않아야합니다.”
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일상 생활에서 리튬 배터리, 특히 충전 장치 및 휴대폰 사용에 대해 자세히 알아보고 너무 오래 충전하여 발생하는 폭발을 방지하십시오.
