단단한

전고체 리튬-황 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 훨씬 더 높은 에너지 밀도와 향상된 안전성을 제공합니다.

그러나 현재 전고체 배터리의 성능은 부족한데, 충전과 방전이 느린 것이 주요 원인 중 하나다. 이제 HZB(Helmholtz Zentrum Berlin)의 새로운 연구에 따르면 복합 음극 내에서 느린 리튬 이온 이동이 이러한 느린 충전 및 방전의 원인이라는 사실이 밝혀졌습니다.

과학자들은 고체 리튬-황 배터리의 양극과 음극 사이의 리튬 이온 이동을 관찰하기 위해 특수 셀을 설계했습니다. X선 방법으로는 리튬을 거의 검출할 수 없기 때문에 HZB 물리학자인 Robert Bradbury 박사와 Ingo Manke 박사는 리튬에 매우 민감한 중성자를 사용하여 샘플 셀을 검사했습니다.

Bradbury는 "우리는 이제 배터리 성능을 제한하는 요소가 무엇인지 훨씬 더 잘 알게 되었습니다"라고 말했습니다. "우리는 오페란도 중성자 방사선 촬영 데이터에서 복합 음극을 통해 전파되는 리튬 이온의 반응 전면이 있다는 것을 확인했습니다. 이는 낮은 유효 이온의 부정적인 영향을 확인합니다. 전도도." 또한 3D 중성자 단층 촬영 이미지는 재충전 중에 집전체 근처에 집중된 갇힌 리튬을 보여줍니다. "배터리가 충전될 때 리튬의 일부만 다시 운반되기 때문에 이로 인해 용량이 감소하게 됩니다"라고 Bradbury는 말합니다.

관찰된 리튬 분포는 다공성 전극 이론을 기반으로 한 모델에 매우 적합했습니다. Bradbury는 "중성자 이미징 데이터에서 관찰한 내용은 모델의 관련 전자 및 이온 전도도 조건과 잘 연관되어 있습니다"라고 말했습니다.

이러한 결과는 이전에 간과되었던 전고체 배터리 개발 병목 현상을 밝혀내며, 느린 이온 전달로 인해 음극 복합재에 한계가 있음을 보여줍니다. 이제 과제는 음극 복합재 내에서 더 빠른 이온 전달을 가능하게 하는 것입니다. Bradbury는 “전고체 배터리 개발의 중요성에도 불구하고 음극 복합재 내부의 반응 전면을 직접 시각화하지 않았다면 이 효과는 눈에 띄지 않았을 것입니다.”라고 말했습니다.

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