과학자들은 전고체 배터리를 가열하여 저항을 줄입니다.
전고체 배터리는 이제 Tokyo Tech, AIST 및 Yamagata University의 연구원들이 낮은 전기 저항을 복원하는 전략을 도입함에 따라 차세대 전자 장치의 강국이 되는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다. 그들은 또한 근본적인 환원 메커니즘을 탐구하여 전고체 리튬 배터리의 작동에 대한 보다 근본적인 이해를 위한 길을 열어줍니다.
전고체 리튬 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리가 더 이상 높은 에너지 밀도, 빠른 충전 및 긴 주기를 요구하는 전기 자동차와 같은 첨단 기술의 표준을 충족할 수 없기 때문에 재료 과학 및 공학 분야의 새로운 열풍이 되었습니다. 살고있다. 전고체 전지는 기존 전지의 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 이러한 기준을 충족할 뿐만 아니라 짧은 시간에 충전할 수 있어 비교적 안전하고 편리합니다.
그러나 고체 전해질에는 고유한 문제가 있습니다. 양극과 고체 전해질 사이의 계면은 원인이 잘 이해되지 않는 큰 전기 저항을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 또한 전극 표면이 공기에 노출되면 저항이 증가하여 배터리 용량 및 성능이 저하됩니다. 저항을 낮추기 위한 여러 시도가 있었지만 아무도 저항을 10Ωcm까지 낮추지 못했습니다.2 (ohm centimeter-squared), 공기에 노출되지 않았을 때 보고된 인터페이스 저항 값.
자, 최근에 발표된 연구에서 ACS 응용 재료 및 인터페이스, 일본 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 Taro Hitosugi 교수와 Tokyo Tech의 박사 과정 학생인 Shigeru Kobayashi가 이끄는 연구팀이 마침내 이 문제를 해결했을 수 있습니다. 낮은 인터페이스 저항을 복원하고 이러한 감소의 기본 메커니즘을 밝히기 위한 전략을 수립함으로써 팀은 고성능 전고체 배터리 제조에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다. 이 연구는 Tokyo Tech, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST), Yamagata University의 공동 연구 결과입니다.
우선, 팀은 리튬 음극, LiCoO로 구성된 박막 배터리를 준비했습니다.2 양극 및 Li3PO4 고체 전해질. 배터리 제작을 완료하기 전에 팀은 LiCoO를 노출했습니다.2 표면 대 공기, 질소(N2), 산소 (O2), 이산화탄소(CO2), 수소(H2) 및 수증기(H2오) 30분 동안.
놀랍게도 그들은 N에 대한 노출이2,2, CO2, 그리고 H2, 노출되지 않은 배터리에 비해 배터리 성능이 저하되지 않았습니다. “오직 H2O 증기는 Li를 강력하게 분해합니다.3PO4 – 리코2 노출되지 않은 계면보다 10배 이상 높은 값으로 저항을 크게 증가시킵니다.”라고 Hitosugi 교수는 말합니다.
다음으로 팀은 "어닐링"이라는 프로세스를 수행했습니다. 이 프로세스에서는 샘플이 배터리 형태, 즉 음극이 증착된 상태에서 150시간 동안 10.3°C에서 열처리를 거쳤습니다. 놀랍게도 이것은 저항을 XNUMXΩcm로 줄였습니다.2, 노출되지 않은 배터리와 비교할 수 있습니다!
수치 시뮬레이션과 최첨단 측정을 수행하여 연구팀은 감소가 LiCoO 내에서 자발적인 양성자 제거에 기인할 수 있음을 밝혔습니다.2 어닐링 중 구조.
“우리 연구는 LiCoO의 양성자가2 구조는 회복 과정에서 중요한 역할을 합니다. 우리는 이러한 계면 미세 프로세스의 설명이 전고체 배터리의 응용 가능성을 넓히는 데 도움이 되기를 바랍니다.”라고 Hitosugi 교수는 결론지었습니다.
