더욱 안전한 리튬 전해액

리튬 이온 배터리의 안전한 전해질은 추운 지역에서 잘 작동합니다. 전기 자동차는 전 세계적으로 널리 성장하고 있습니다. EV는 연료 차량보다 효율적이고, 운영 비용이 낮고, 유지 관리가 적고, 환경 친화적이기 때문에 미래에는 화석 연료 차량을 대체할 수 있습니다. 배터리는 EV에 사용되는 가장 일반적인 화학 에너지 저장 시스템입니다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길기 때문에 EV에서 가장 널리 사용되는 배터리 시스템입니다.

그러나 극도로 낮은 온도는 리튬 이온 배터리의 에너지 및 전력 용량을 감소시킬 수 있습니다. 주요 문제는 배터리의 두 전극 사이에서 이온이라고 불리는 전하 운반 입자를 이동시켜 배터리를 충전 및 방전시키는 액체 전해질에 있습니다. 그러나 영하의 온도에서는 액체가 얼기 시작하여 추운 지역과 계절에 전기 자동차 충전의 효율성이 제한됩니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 미국 에너지부(DOE), 아르곤 국립 연구소 및 로렌스 버클리 국립 연구소 과학자 팀은 영하의 온도에서도 잘 작동하는 불소 함유 전해질을 개발했습니다.

연구팀은 많은 불소화 용매를 조사했습니다. 그들은 영하의 온도에서 클러스터로부터 리튬 이온을 방출하기 위해 에너지 장벽이 가장 낮은 구조를 식별했습니다.

과학자들은 에스테르 그룹 근처의 불소화 또는 더 높은 수준의 불소화는 더 큰 전자 흡인 효과를 부과하여 원자 전하가 낮아지고, 리튬 이온에 대한 결합 에너지가 낮아지고, 이온 전도도가 낮아지고, 저온에서 용해도가 낮아진다는 사실을 밝혔습니다.

그들은 또한 특정 구조가 왜 그렇게 잘 작동하는지 원자 규모로 결정했습니다. 이는 각 용매 분자의 불소 원자의 위치와 수에 따라 다릅니다.

실험실 셀 테스트에서 팀의 불소 전해질은 400회 충방전 주기 동안 화씨 영하 4도에서 안정적인 에너지 저장 용량을 유지했습니다. 영하의 온도에서도 용량은 실온에서 기존 탄산염 기반 전해질을 사용한 셀과 동일했습니다.

부동액 전해액은 불연성이기 때문에 현재 사용되는 탄산염계 전해액에 비해 안전하다는 장점도 있습니다.

DOE 에너지 효율 및 재생 에너지 사무국, 차량 기술 사무국이 이 작업에 자금을 지원했습니다.

불소계 전해질은 영하의 온도에서 작동하므로 전기 자동차는 온도가 낮은 지역에서 유용합니다. 또한, 이를 통해 배터리 기술이 발전하고 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

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리튬 이온 배터리를 위한 안전한 전해질은 추운 지역에서도 잘 작동합니다, 2023년 5월 22일