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더 가볍고 저렴하며 고용량을 제공하는 차세대 충전식 배터리를 약속하는 새로운 Catalyst

2021-06-16
주제:
배터리 기술,촉매,에너지,리튬 이온,폴리머,충전식 배터리
작성자: 광주과학기술원 2021년 2월 27일



리튬 이온 배터리는 현재 전자 제품에 널리 사용되지만 한국 과학자들의 새로운 발견 덕분에 가까운 장래에 더 가볍고 저렴하며 고용량의 대안으로 리튬-황 배터리가 이를 대체할 수 있습니다. 출처: 광주과학기술원

새로운 촉매 물질은 더 나은 리튬-황 배터리를 가능하게 하고 차세대 전자 장치에 전력을 공급할 수 있습니다.

오늘날 대부분의 전자 제품의 핵심은 충전식 리튬 이온 배터리(LIB)입니다. 그러나 그들의 에너지 저장 용량은 대규모 에너지 저장 시스템(ESS)에 충분하지 않습니다. 리튬-황 배터리(LSB)는 이론적인 에너지 저장 용량이 더 높기 때문에 이러한 시나리오에서 유용할 수 있습니다. 그들은 가볍고 저렴한 비용을 감안할 때 드론과 같은 다른 응용 분야에서 LIB를 대체할 수도 있습니다.

그러나 그들에게 이 모든 권한을 부여하는 동일한 메커니즘은 그들이 널리 퍼져 있는 실용적인 현실이 되도록 유지하고 있습니다. LIB와 달리 LSB의 반응 경로는 고체 황화리튬(Li2S6)과 액체 다황화리튬(LiPS)이 축적되어 황 음극(양으로 대전된 전극)에서 활성 물질의 손실과 리튬 양극의 부식(음으로 충전된 전극). 배터리 수명을 개선하기 위해 과학자들은 사용 중에 이러한 성능 저하를 효율적으로 되돌릴 수 있는 촉매를 찾고 있습니다.

ChemSusChem에 발표된 새로운 연구에서 한국의 광주공과대학(GIST) 과학자들은 이 노력에서 돌파구를 보고했습니다. "LSB를 위한 새로운 전기 촉매를 찾는 동안 우리는 음전하를 띤 이온이 전기분해 동안 이 물질의 표면에 쉽게 흡착될 수 있다는 것을 발견한 옥살산코발트(CoC2O4)로 수행한 이전 연구를 회상했습니다. 이것은 CoC2O4가 LSB에서도 유황과 유사한 행동을 보일 것이라는 가설을 세우도록 동기를 부여했습니다.”라고 연구를 주도한 GIST의 이재영 교수가 설명합니다.
그들의 가설을 테스트하기 위해 과학자들은 황 음극에 CoC2O4 층을 추가하여 LSB를 구성했습니다.

물론 관찰과 분석은 CoC2O4의 황 흡착 능력이 Li2S6와 LiPS의 환원 및 해리를 가능하게 하는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 표면에 LiPS를 흡착하여 전해질로의 LiPS 확산을 억제하여 리튬 양극에 도달하는 것을 방지하고 자체 방전 반응을 촉발시켰다. 이러한 조치는 함께 황 이용률을 개선하고 양극 열화를 줄임으로써 배터리의 수명, 성능 및 에너지 저장 용량을 향상시킵니다.

이러한 발견을 바탕으로 이 교수는 LIB가 실현할 수 없는 LSB가 지배하는 전자적 미래를 꿈꾼다. "LSB는 대규모 에너지 저장 장치 외에도 무인 항공기, 전기 버스, 트럭 및 기관차와 같은 효율적인 전기 운송을 가능하게 할 수 있습니다."라고 그는 관찰합니다. "우리의 연구 결과가 LSB가 이러한 목적을 위한 상업화에 한 걸음 더 가까이 다가갈 수 있기를 바랍니다."

아마도 리튬-황 배터리가 전 세계에 전력을 공급하는 것은 시간 문제일 것입니다.

참고 문헌: 김진원 박사, 서규원 박사, 봉성렬 박사의 "고용량 리튬-황 배터리용 다황화물 촉매제로서 극성 CoC2O4의 계면 경계에서 리튬 다황화물의 향상된 산화환원 반응" Prof.…이재영 박사, 2020년 10월 21일, ChemSusChem.
DOI: 10.1002/cssc.202002140