자가 치유 배터리는 지난 몇 년 동안 배터리 연구 및 개발의 주목할만한 영역이었으며, 특히 수상돌기와 그것이 성능에 미치는 영향에 대한 연구도 증가함에 따라 더욱 그렇습니다. 배터리는 화학 반응으로 작동하기 때문에 사람들이 별로 통제할 수 없는 특정 부작용이 있습니다. 배터리 내에서 이온이 점진적으로 축적되는 것도 그 중 하나입니다. 현재 자가 치유 배터리에 대한 상업적 돌파구는 아직 없었지만 초기 연구를 통해 더 안전하고 오래 지속되는 배터리의 가능성에 대한 문이 열렸습니다.
수상돌기란 무엇입니까?
리튬 이온 배터리는 1990년대 이후 가장 많이 사용되는 상업용 배터리입니다. 지난 몇 년 동안 연구자들은 배터리 셀 내에 가지와 같은 구조가 형성되는 경향이 있다는 사실을 발견했습니다. 일반적으로 수상돌기리튬 이온 배터리는 1990년대부터 가장 많이 사용되는 상업용 배터리였습니다. 지난 몇 년 동안 연구원들은 배터리 셀 내에 가지와 같은 구조가 형성되는 경향이 있음을 발견했습니다. 일반적으로 수상돌기라고 하는 이들은 세포 내부의 양극 표면에서 리튬 이온 그룹으로 형성됩니다. 더 많은 이온이 부착되면 수상돌기가 자랍니다.
모든 수상돌기가 배터리에 심각한 손상을 일으키는 것은 아닙니다. 연구원들은 어떤 경우에는 수상돌기가 양극 표면을 따라 고르게 자라는 것을 발견했습니다. 이러한 경우 배터리 성능은 안정적으로 유지되었으며 배터리에 거의 또는 전혀 손상을 주지 않았습니다.
그러나 수상돌기 성장이 과도하여 배터리 셀의 구조적, 화학적 안정성에 영향을 미치는 경우가 있었습니다. 수상돌기는 전해질과 리튬 사이에 원치 않는 반응을 일으키고 핫스팟이나 전기 단락을 일으킬 수 있습니다. 또한 배터리의 분리막을 관통하여 셀의 전기화학적 안정성을 손상시키는 것으로 밝혀졌습니다. 일부 배터리 화재 및 폭발은 수상돌기 성장의 결과로 추측됩니다.
이러한 수상돌기의 형성으로 인해 리튬 금속 배터리를 채택하는 것을 주저해 왔습니다. 이들은 더 높은 에너지 밀도를 가지지만 동시에 화학적 구성은 수상돌기 성장을 더욱 촉진합니다. 이것이 바로 연구자들이 보다 효율적이고 내구성 있는 소재를 발견하려고 노력하는 이유입니다.
자가 치유 배터리는 어떻게 작동합니까?
이론적으로 자가 치유 배터리는 전기화학적 불안정성의 위험을 줄여 보다 안전한 에너지 저장 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 발생하는 내부 손상을 줄일 수 있기 때문에 더 오래 지속됩니다. 현재 테스트를 거쳐 잠재력을 보인 두 가지 유형의 배터리가 있습니다. 이들은 고체 고분자 전해질 배터리와 칼륨 기반 배터리입니다.
작년에 일리노이 대학교의 연구원들은 고체 고분자 전해질 작년에 일리노이 대학의 연구원들은 손상 후 자가 치유될 수 있는 고체 고분자 전해질을 개발했습니다. 전해질은 네트워크 폴리머로 구성됩니다. 그들은 전해질의 가교점이 교환 반응을 겪고 폴리머 가닥을 교환할 수 있음을 발견했습니다. 이는 가열되면 폴리머가 더 단단해지고 이온이 서로 그룹화될 수 없기 때문에 수상돌기 성장을 효과적으로 억제한다는 것을 의미합니다.
반면에 칼륨 기반 배터리 반면, 칼륨 기반 배터리는 수상돌기 성장을 역전시켜 자가 치유됩니다. 연구원들은 수상돌기가 양극에서 자가 치유되도록 장려할 만큼 배터리 내부의 온도를 높이는 방법을 찾았습니다. 그들은 확산을 촉진하기 위해 충분한 열을 가하여 양극에서 축적된 금속을 부드럽게 했지만 칼륨 금속을 녹이고 배터리를 손상시키기에는 충분하지 않았습니다.
이것은 미래에 어떤 결과를 가져올 수 있습니까?
두 가지 유형의 배터리 모두 아직 개발 초기 단계에 있지만 이 기술은 보다 안전하고 안정적인 배터리를 만드는 데 가능성을 보여주었습니다.
고체 고분자 전해질의 경우 리튬 이온 배터리 내부에서 흔히 발견되는 가연성 액체 전해질로 인한 전류 위험도 줄일 수 있습니다.
더 안전하고 더 긴 수명으로 효율성을 유지할 수 있는 배터리는 그리드 저장, EV, 재생 에너지와 같은 재생 가능 및 친환경 기술에 도움이 되어 세계를 보다 지속 가능하고 장기적인 에너지 솔루션으로 이끌 것입니다.
