산업 뉴스

리튬이온전지용 2차원 나노물질 규제

2022-05-07
사이언스 차이나 프레스


리튬 이온 배터리(LIB)는 높은 비에너지 밀도, 낮은 자체 방전 및 낮은 메모리 효과로 인해 유리한 에너지 저장 장치입니다. 전지의 구성요소 중 전극재료는 전기화학적 특성을 높이는 핵심적인 역할을 한다. 따라서 고성능 LIB용 첨단 전극 소재 개발은 관련 연구 분야의 주요 목표입니다.

그래핀, 전이 금속 산화물(TMO) 나노시트, 전이 금속 디칼코게나이드(TMD) 나노시트 등을 포함하는 2차원(2-D) 나노물질은 하나 또는 여러 개의 원자 단일층(또는 단위 셀)으로 구성됩니다. 그들은 벌크 대응 물과 달리 뛰어난 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있습니다. 에너지 저장 장치와 2-D 나노 물질의 통합은 계속 증가하는 글로벌 에너지 수요로 인해 발생하는 주요 문제를 극복할 수 있습니다. 불행하게도 이러한 시트형 재료를 직접 사용하는 것은 심각한 자기 응집 경향, 상대적으로 낮은 전도성 및 반복되는 충방전 주기에 따른 명백한 부피 변화로 인해 어려움이 있습니다.

National Science Review에 발표된 새로운 리뷰 논문에서 호주 Queensland University of Technology와 University of Wollongong의 과학자들은 2차원 나노물질의 리튬 저장 성능을 향상시키기 위한 전략에 대한 최근 진행 상황을 요약했습니다. 구조와 특성을 조작하기 위한 이러한 전략은 에너지 저장 응용 분야에서 첨단 나노 물질의 주요 과제를 해결할 것으로 예상됩니다. 공동 저자인 Jun Mei, Yuanwen Zhang, Ting Liao, Ziqi Sun 및 Shi Xue Dou는 전도성 물질과의 혼성화, 표면/가장자리 기능화 및 구조 최적화라는 세 가지 기본 전략을 확인했습니다.

"하이브리드화 전략은 나노카본, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 유기 폴리머, 금속 나노입자 등과 같은 일부 전도성 나노구조가 혼성화하기 위해 도입되는 TMO/TMD 기반 나노복합체에 가장 일반적입니다. TMO/TMD 나노시트는 전체 전도성을 개선하고 반복되는 충전/방전 주기 동안 금속 산화물 또는 황화물 나노물질의 부피 팽창을 수용합니다."라고 연구원들은 보고합니다.

"두 번째 전략은 에지/표면 기능화로, 2차원 나노물질의 에지 또는 표면에서 원자/이온 도핑 또는 결함 엔지니어링을 통해 달성할 수 있습니다. 2차원 나노물질에 헤테로원자 또는 이온을 주입하면 전자 구조, 표면 화학 반응성 또는 2-D 나노물질의 층간 간격은 리튬 이온 저장 용량을 더욱 향상시킵니다."라고 그들은 말합니다. "구조 최적화의 세 번째 전략은 두께, 크기, 기공 또는 표면 형태와 같은 제조 중 일부 구조 매개변수를 제어하여 실현되는 경우가 많습니다. 이러한 매개변수는 구조 종속 특성 및 전기화학적 성능에 상당한 영향을 미치며 불가피한 자체 재저장 및 더 활동적인 사이트 노출."

과학자들은 "2-D 나노물질의 리튬 저장을 개선하기 위한 이러한 효과적인 전략은 우수한 차세대 충전식 리튬이차전지 개발을 기대하는 재료, 화학 및 나노기술 관련 분야의 과학자 및 연구원들에게 좋은 기준점이 될 것"이라고 결론지었습니다. 배터리".