추위는 자동차 배터리에 위협이 될 수 있습니다. 영하의 기온에서 운전하는 운전자들은 일상적으로 배터리가 방전되어 충전이 필요한 상황에 처하게 됩니다. 하지만 펜실베니아 주립대 연구원 는 이 문제에 대한 해결책을 개발했습니다. 이들이 개발한 새로운 배터리에는 저온 충전이 가능한 추가 소재 층이 있습니다.
저온 충전 배터리의 작동 원리
저온 충전 배터리에는 온도에 상관없이 작동할 수 있도록 하는 여러 가지 구성 요소가 있습니다. 작동 원리를 자세히 설명합니다.
자체 조립된 모노레이어
배터리에는 자체 조립 단층(SAM)이 포함되어 있습니다. SAM은 증착 과정에서 화학적 힘에 의해 표면에 결합하는 한 분자 층 두께의 물질 조각입니다. 증착 후 표면에 화학 결합이 일어나면 기판이 영구적으로 변형됩니다.
저온 충전 배터리에서 이 층은 리튬 금속 배터리 양극의 표면을 보호하는 데 필요한 구성 요소로 분해되는 전기 화학적 활성 분자로 구성됩니다. 이 새로운 유형의 배터리에는 리튬 양극, 리튬 금속 산화물 음극, 전해질이 있습니다. 전해질에는 리튬 이온 전도성 물질과 보호용 박막층으로 구성됩니다.
표면 반응 요소
보호층이 없는 배터리는 추운 조건에서 너무 빨리 충전하면 수상 돌기로 알려진 리튬 결정 스파이크가 생길 수 있습니다. 리튬 이온 배터리 폭발의 원인인 이러한 수상 돌기는 결국 리튬 금속 배터리의 단락으로 이어질 수 있습니다. 그 결과 배터리 수명이 단축될 수 있습니다.
이 층은 표면에서 분자 화학을 조정하여 이러한 현상에 대응하는 기능을 합니다. SAM은 충전 시 안정적인 전해질 인터페이스를 제공하여 리튬 양극을 보호합니다. SAM은 얇은 구리 층 위에 위치합니다. 그런 다음 리튬은 충전하는 동안 단층에 부딪히고 나중에 분해되어 안정적인 계면층을 만듭니다.
온디맨드 보호 기능을 제공하는 새로운 배터리
원래 층의 분해된 부분이 리튬 위에 다시 형성되어 구리와 나머지 층에 부딪히게 됩니다. 이러한 반응은 리튬에 대한 온디맨드 보호 기능을 생성하여 수상 돌기 형성을 방지합니다.
저온 충전 배터리 사용 사례
펜실베이니아 주립대 연구진은 이 개념을 자동차용으로 개발했습니다. 또한 이러한 배터리는 수중이나 영하의 온도에서 사용되는 드론이나 배터리 구동 장비 등 다른 용도로도 사용할 수 있다는 점에 주목했습니다.
콜드 충전의 미래
지금까지의 혁신에는 한계가 있습니다. 수백 번만 충전할 수 있습니다. 발명가들은 배터리의 저장 용량을 개선하고 수상 돌기를 방지하는 목표를 달성했지만, 상업적으로 실용화하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 지적합니다. 이 배터리가 대량 생산되어 상용화된다면 더 나은 제품으로 리튬 배터리의 판도를 바꿀 수 있는 기회가 될 것입니다.
에어빈 인스트루먼트는 배터리 산업의 파트너로서 저온 충전 배터리의 발전을 계속 지켜볼 것입니다. 자세히 알아보기 에서 에어빈의 고정밀 배터리 테스트 역량에 대해 알아보세요.
