성능, 비용 또는 안전 고려 사항에 관계없이 전고체 충전 배터리는 화석 에너지를 대체하고 궁극적으로 새로운 에너지 차량으로의 길을 실현할 수 있는 최선의 선택입니다.
구디너프는 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4 등 양극재를 개발한 기업으로, 양극재 분야에서 잘 알려져 있다.리튬 이온 배터리진정한 "리튬이온 배터리의 아버지"입니다.
NatureElectronics의 최근 기사에서 96세인 John B. Goodenough는 재충전 가능한 리튬 이온 배터리 발명의 역사를 검토하고 앞으로 나아갈 길을 보여줍니다.
1970년대 미국에 석유파동이 터졌다.석유 수입에 대한 과도한 의존을 깨달은 정부는 태양광 및 풍력 에너지 개발에 대대적인 노력을 시작했습니다.태양광과 풍력에너지의 간헐적인 특성으로 인해,충전식 배터리결국 이러한 재생 가능하고 청정한 에너지원을 저장하는 데 필요했습니다.
가역적 충방전의 핵심은 화학반응의 가역성!
당시 1회용 배터리는 대부분 리튬 음극과 유기전해질을 사용했다.재충전 가능한 배터리를 얻기 위해 모든 사람들은 리튬 이온을 층상 전이 금속 황화물 음극에 가역적으로 삽입하는 작업을 시작했습니다.ExxonMobil의 Stanley Whittingham은 층상 TiS2를 음극 물질로 사용하고 방전 생성물은 LiTiS2인 삽입 화학을 통해 가역적인 충전 및 방전이 달성될 수 있음을 발견했습니다.
1976년 Whittingham이 개발한 이 셀은 우수한 초기 효율을 달성했습니다.그러나 충전과 방전을 여러 번 반복한 후 전지 내부에 리튬 수지상 돌기가 형성되어 음극에서 양극으로 성장하여 전해질을 발화시킬 수 있는 단락이 발생했습니다.이번 시도 역시 실패로 끝났습니다!
한편 옥스퍼드로 옮긴 Goodenough는 구조가 변경되기 전에 층상 LiCoO2 및 LiNiO2 양극 재료에서 최대 얼마나 많은 리튬을 제거할 수 있는지 조사하고 있었습니다.결국 그들은 양극재에서 리튬의 절반 이상을 가역적으로 분리하는 데 성공했습니다.
이 연구는 결국 AsahiKasei의 요시노 아키라(Akira Yoshino)가 첫 번째 제품을 준비하도록 이끌었습니다.충전식 리튬 이온 배터리: 양극은 LiCoO2, 음극은 흑연탄소입니다.이 배터리는 Sony의 초기 휴대폰에 성공적으로 사용되었습니다.
비용을 절감하고 안전성을 높이기 위해서입니다.고체를 전해질로 하는 전고체 이차전지는 향후 발전의 중요한 방향이 될 것으로 보인다.
1960년대 초 유럽의 화학자들은 층상 전이금속 황화물 물질에 리튬 이온을 가역적으로 삽입하는 연구를 진행했습니다.당시 이차전지의 표준 전해액은 주로 H2SO4, KOH 등의 강산성 및 알칼리성 수성 전해액이었습니다.왜냐하면 이러한 수성 전해질에서 H+는 좋은 확산성을 갖기 때문입니다.
당시 가장 안정적인 2차 전지는 적층형 NiOOH를 양극재로, 강알칼리성 수계 전해질을 전해질로 사용하여 만들어졌습니다.h+는 층상 NiOOH 음극에 가역적으로 삽입되어 Ni(OH)2를 형성할 수 있습니다.문제는 수성 전해질이 배터리의 전압을 제한하여 에너지 밀도가 낮다는 것입니다.
1967년에 Ford Motor Company의 Joseph Kummer와 NeillWeber는 Na+가 300°C 이상의 세라믹 전해질에서 우수한 확산 특성을 갖는다는 사실을 발견했습니다.그런 다음 그들은 Na-S 재충전 가능한 배터리를 발명했습니다. 음극으로 용융 나트륨을 사용하고 양극으로 탄소 밴드를 포함하는 용융 황을 사용했습니다.그 결과, 그들은 음극으로 용융 나트륨, 양극으로 탄소 밴드를 포함하는 용융 황, 전해질로 고체 세라믹을 사용하는 Na-S 이차 전지를 발명했습니다.그러나 300°C의 작동 온도로 인해 이 배터리는 상용화가 불가능했습니다.
1986년 Goodenough는 NASICON을 사용하여 덴드라이트 생성이 없는 전고체 충전식 리튬 배터리를 실현했습니다.현재 나시콘(NASICON) 등 고체 전해질을 기반으로 한 전고체 리튬·나트륨 이차전지가 상용화됐다.
2015년 포르토 대학의 마리아헬레나 브라가(MariaHelena Braga)는 현재 리튬 이온 배터리에 사용되는 유기 전해질과 비슷한 리튬 및 나트륨 이온 전도성을 갖춘 절연 다공성 산화물 고체 전해질을 시연했습니다.
즉, 성능, 비용 또는 안전 고려 사항에 관계없이 전고체 충전 배터리는 화석 에너지를 대체하고 궁극적으로 새로운 에너지 차량으로의 길을 실현할 수 있는 최선의 선택입니다!
게시 시간: 2022년 8월 25일