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새로운 센서, 리튬 이온 배터리가 5배 더 빠르게 안전하게 충전할 수 있음을 보여줍니다.

2021-06-16
주제:
배터리 기술, 재료 과학, 재생 에너지, 지속 가능성, University of Warwick, 리튬 이온 배터리
2018년 2월 18일 워윅 대학교 LISA BARWICK



이것은 리튬 배터리 온도 센서입니다. WMG, 워릭 대학교

University of Warwick의 WMG 연구원은 리튬 이온 배터리의 내부 온도와 전극 전위에 대한 새로운 직접적이고 정확한 테스트를 개발했으며 배터리가 현재 권장되는 충전 제한보다 최대 5배 더 빠르게 안전하게 충전될 수 있음을 발견했습니다. 이 새로운 기술은 성능을 방해하지 않고 배터리의 정상 작동 중에 현장에서 작동하며 표준 상용 배터리에서 테스트되었습니다. 이러한 신기술은 배터리 재료 과학, 유연한 배터리 충전 속도, 새로운 배터리 재료/기술의 열 및 전기 공학의 발전을 가능하게 하며 모터 레이싱 및 그리드 밸런싱과 같은 고성능 애플리케이션을 위한 에너지 저장 시스템의 설계를 도울 잠재력이 있습니다. .

배터리가 과열되면 특히 전해질이 심각한 손상을 입을 위험이 있으며 전해질이 분해되어 가연성 가스를 형성하고 심각한 압력 상승을 일으키는 위험한 상황을 초래할 수도 있습니다. 양극의 과충전은 리튬 전기도금을 너무 많이 일으켜 금속 수지상을 형성하고 결국 분리막을 관통하여 음극과의 내부 단락을 일으키고 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.

이를 피하기 위해 제조업체는 피해야 할 중요한 온도 및 잠재적 수준에 따라 배터리의 최대 충전 속도 또는 강도를 규정합니다. 그러나 지금까지 배터리의 내부 온도 테스트(및 각 전극의 전위에 대한 데이터 획득)는 배터리 성능에 큰 영향을 미치지 않으면서 불가능하거나 비실용적임이 입증되었습니다.
제조업체는 제한된 외부 기기에 의존해야 했습니다. 이 방법은 배터리가 손상되거나 최악의 경우 치명적인 오류가 발생하지 않도록 제조업체에서 최대 충전 속도 또는 강도에 대해 매우 보수적인 제한을 할당하도록 하는 정확한 판독값을 제공할 수 없습니다.

그러나 University of Warwick의 WMG 연구원들은 다양한 형식과 대상의 리튬 이온 배터리에 대한 직접적이고 매우 정확한 내부 온도 및 "전극당" 상태 모니터링을 허용하는 새로운 범위의 방법을 개발하고 있습니다. 이러한 방법은 성능을 저해하지 않고 배터리의 정상 작동 중에 사용할 수 있으며 상업적으로 이용 가능한 자동차 등급 배터리에서 테스트되었습니다. 이러한 방법으로 획득한 데이터는 외부 감지보다 훨씬 더 정확하며 WMG는 오늘날 시판되는 상용 리튬 배터리가 현재 권장되는 최대 충전 속도보다 최소 5배 빠르게 충전될 수 있음을 확인할 수 있었습니다.

WMG 연구원들은 이번 달(2018년 2월)에 그들의 연구를 권위 있는? Electrochimica Acta 저널에 "계장된 상업용 18650 고에너지 리튬 이온 전지를 사용한 급속 충전의 한계 이해"라는 제목의 논문이 있습니다.

이 연구를 주도한 WMG 연구원인 Tazdin Amietszajew 박사는 다음과 같이 말했습니다.

“이는 성능 한계를 뛰어넘는 명백한 이점을 얻을 수 있는 모터 레이싱과 같은 분야에 엄청난 이점을 가져올 수 있지만 소비자와 에너지 저장 제공자에게도 엄청난 기회를 제공합니다. 항상 그렇듯이 더 빠른 충전은 전체 배터리 수명을 희생하게 되지만 많은 소비자는 짧은 이동 시간이 필요할 때 차량 배터리를 빠르게 충전하고 다른 시간에는 표준 충전 기간으로 전환할 수 있는 기능을 환영합니다. 이러한 충전 전략의 유연성은 소비자가 그리드에 연결된 차량을 사용하여 그리드 공급의 균형을 유지하려는 전력 회사의 재정적 인센티브로부터 혜택을 받는 데 도움이 될 수 있습니다.”

"이 기술은 현재 상용 배터리에 적용할 준비가 되어 있지만 차량의 배터리 관리 시스템과 전기 자동차용 인프라가 이러한 새로운 기능을 포함하는 가변 충전 속도를 수용할 수 있도록 해야 합니다. 정밀하게 조정된 프로필/한계 -

WMG 연구원들이 이 새로운 직접 현장 배터리 감지를 위해 개발한 기술은 맞춤형 변형 보호 층을 통해 나사산으로 연결된 소형 기준 전극과 FBG(Fiber Bragg Gratings)를 사용합니다. FEP(불소화 에틸렌 프로필렌)의 외부 스킨을 섬유 위에 적용하여 부식성 전해질로부터 화학적 보호 기능을 추가했습니다. 그 결과 배터리의 모든 핵심 부품과 직접 접촉할 수 있고 배터리 작동 중에 가해지는 전기적, 화학적 및 기계적 스트레스를 견디면서 정확한 온도 및 전위 판독이 가능한 장치가 탄생했습니다.

WMG 부교수인 Rohit Bhagat 박사는 이 논문의 연구원이기도 하다고 말했습니다.

"이 방법은 우리에게 상업적인 18650" 셀에 사용하기 위한 새로운 계측 설계를 제공하여 셀 기하학에 대한 불리하고 이전에 피할 수 없었던 변경을 최소화합니다. 이 장치는 광섬유 온도 센서와 결합된 현장 기준 전극을 포함했습니다. 우리는 유사한 기술이 파우치 셀에 사용하기 위해 개발될 수 있다고 확신합니다.”

“WMG의 우리 연구 그룹은 이 문제에 대한 여러 가지 기술 솔루션을 연구해 왔으며 이것은 우리가 출판하게 된 것은 이번이 처음입니다. 우리는 내년 안에 이 도전에 대한 다른 혁신적인 접근 방식에 대한 작업을 발표할 수 있기를 바랍니다.”

간행물: Tazdin Amietszajew, et al., "계장된 상업용 18650 고에너지 리튬 이온 전지를 사용한 급속 충전의 한계 이해," Electrochimica Acta, Volume 263, 2018년 2월 10일, 페이지 346-352; doi:10.1016/j.electacta.2018.01.076