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안정적인 고전압 장수명 솔리드 스테이트 배터리를 위한 신소재 혁신

2021-06-16
주제:
배터리 기술, 에너지, 재료 과학, 나노 기술, 인기 있는, UCSD, 배터리
캘리포니아 대학교 - 샌디에이고 2021년 2월 23일



연구원 팀은 고전압 산화물 음극에 통합될 때 안정적인 고체 나트륨 이온 배터리용 새로운 나트륨 이온 전도체를 설계 및 제조했습니다. 이 새로운 고체 전해질은 이러한 종류의 배터리의 효율성과 수명을 극적으로 향상시킬 수 있습니다. 새로운 소재로 제작된 개념 증명 배터리는 용량의 89.3%를 유지하면서 1000회 이상 지속되었습니다. 이는 현재까지 다른 고체 나트륨 배터리와 비교할 수 없는 성능입니다.

연구원들은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 2021년 2월 23일호에서 연구 결과를 자세히 설명합니다.

솔리드 스테이트 배터리는 더 안전하고 저렴하며 오래 지속되는 배터리를 약속합니다. 나트륨 이온 화학은 높은 환경 비용으로 채굴되는 리튬 이온 배터리에 필요한 리튬과 달리 나트륨이 저렴하고 풍부하기 때문에 특히 유망합니다. 목표는 대규모 그리드 에너지 저장 애플리케이션, 특히 피크 수요를 완화하기 위해 재생 에너지원에서 생성된 전력을 저장하는 데 사용할 수 있는 배터리를 구축하는 것입니다.

University of California San Diego의 나노공학 교수인 Shirley Meng은 "업계에서는 전지 수준의 배터리가 kWh당 30~50달러가 되기를 원한다"고 말했다. 및 해당 논문의 교신저자 중 한 명입니다. '우리는 도착할 때까지 멈추지 않을 것입니다.'



ZrCl6 단위는 여기에서 회전하여 공극을 생성하여 전도도를 증가시키는 것으로 표시됩니다. 크레딧: 캘리포니아 대학교.

이 연구는 UC 샌디에이고와 UC 산타바바라, Stony Brook University, 인도 콜카타에 있는 과학 및 기술 연구 및 교육을 위한 TCG 센터, Shell International Exploration, Inc.의 연구원 간의 협력입니다.

Nature Communications 연구에 설명된 배터리의 경우 UC 샌디에이고 나노공학 교수인 Shyue Ping Ong가 이끄는 연구원들은 기계 학습 모델로 구동되는 일련의 계산 시뮬레이션을 실행하여 어떤 화학 물질이 고체 배터리와 산화물 음극. 일단 물질이 좋은 후보로 선택되면 Meng의 연구 그룹은 전기화학적 특성을 결정하기 위해 그것을 실험적으로 제작, 테스트 및 특성화했습니다.

계산과 실험 사이를 빠르게 반복함으로써 UC SanDiego 팀은 나트륨, 이트륨, 지르코늄 및 염화물로 구성된 할로겐화물 나트륨 전도체 클래스를 결정했습니다. 그들이 NYZC라고 명명한 이 물질은 전기화학적으로 안정하고 더 높은 전압의 나트륨 이온 배터리에 사용되는 산화물 음극과 화학적으로 양립할 수 있습니다. 그런 다음 팀은 이 새로운 재료의 구조적 특성과 거동을 연구하고 이해하기 위해 UC Santa Barbara의 연구원들에게 연락했습니다.



다음 단계에는 이러한 할로겐화물 물질에 대한 다른 대체품을 탐색하고 배터리의 전체 전력 밀도를 높이는 것과 함께 제조 공정을 확장하는 작업이 포함됩니다.


참고: Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean- Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu, Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W. Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng Shyue Ping On, 2021년 2월 23일, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-21488-7

이 기술은 UC San Diego NanoEngineering 교수 Zheng Chen이 공동 설립한 스타트업인 UNIGRID에서 라이선스를 받았습니다. Erik Wu, Ph.D. Meng's 연구 그룹의 동문; Meng의 Ph.D. 중 한 명인 Darren H. S. Tan. 재학생. Meng은 회사의 기술 고문입니다.

이 작업을 지원하기 위한 자금은 EBI-Shell 프로그램과 NSF를 통해 Energy & Biosciences Institute에서 제공되었습니다.