고용량 전기 자동차 배터리도 고속 충전이 가능하고 수명이 길어집니다.

소량의 첨가물로 대용량 전기 자동차 배터리의 수명 문제를 해결 한 연구가 주목 받고있다. 수백 회의 충 방전 후에도 배터리 초기 용량의 80 % 이상을 유지하며 기존 첨가제를 능가하는 성능으로 평가 받고 있습니다.

UNIST (대표 이용훈)는 에너지 화학 공학과 최남순, 곽상규 교수와 화학과 홍성유 교수 팀이 배터리 전해액을 개발했다고 14 일 밝혔다. 대용량 리튬 이온 전지 개발에있어 도전 과제로 꼽히는 전극 소재의 불안정성을 해결할 수있는 첨가제입니다.

상용 리튬 이온 배터리의 전극을 실리콘, 고 니켈, 고 니켈 등 고용량 소재로 대체하는 연구가 활발히 진행되고있다. 그러나 실리콘 음극은 충 방전시 부피가 3 배 이상 증가하여 기계적 내구성이 떨어진다. 고 니켈 양극은 또한 화학적 불안정성에 시달립니다.

개발 된 첨가제는 실리콘 혼합 양극 표면에 보호막을 형성하여 고무줄처럼 유연하고 신축성이 있으며 리튬 이온 투과성 (이동성)이 우수합니다. 실리콘의 반복적 인 부피 변화로 인한 기계적 과부하를 줄여 고속 충전이 가능한 이유입니다. 또한 전해액에서 불산 (HF)을 제거하여 고 니켈 양극 내부의 금속 (니켈)이 누출되는 것을 방지합니다. 양극 내부의 금속 양에 따라 배터리 용량이 결정됩니다.

연구팀은이 첨가제를 고 니켈 양극과 실리콘 혼합 음극으로 구성된 고용량 배터리에 추가했다. 그 결과 400 회 충 방전 후에도 초기 용량은 81.5 %로 유지되었습니다. 기존 첨가제 대비 10 ~ 30 % 향상된 성능입니다.

공동 제 1 저자 인 UNIST 에너지 화학 공학과 박세원 박사 연구원은 “20 분 안에 배터리를 급속 충전하는 실험에서도 100 회 가동 후 1.9 %의 용량 감소에 그쳤다. . “

최남순 교수는 “이번 성과는 기존 첨가제 (VC)의 단점을 보완 할 수있는 재료 구조를 설계하고 실험 해 본 결과, 실제로이 재료 구조를 만들기위한 합성 방법에 대한 연구와 시뮬레이션의 결과”라고 말했다. 그것은 발전을위한 새로운 방향을 제시했다”고 그는 연구의 의미를 지적했다.

홍성유 교수는 “고분자 보호막을 형성하는 첨가제의 구체적인 구조는 일반적인 화학 반응을 통해 잘 합성되지 않는 구조이므로 중간 반응을 거쳐 문제를 해결했다”고 설명했다.

곽상규 교수는 “개발 된 첨가제는 전해질에서 분해되어 활성 성분 (라디칼)을 생성한다.이 활성 성분은 다른 첨가제와 순차적으로 반응하여 실리콘 전극 표면에 유연한 고분자 보호막을 형성한다”고 말했다. 이 연구에는 UNIST 에너지 화학 공학과 조재필 교수가 참여했다.

이 연구는 한국 에너지 기술 평가원의 에너지 기술 개발 사업과 한국 연구 재단의 기후 변화 대응 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었다. 그 결과는 국제 저널 Nature Communications에 5 자로 게재되었습니다. 또한 학술지 편집자들이 연구 우수성을 인정하여 선정한 Editors ‘Highlights로 소개되었습니다.

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