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  • 열적 내구성 고체 상태 리튬 이온 배터리등록일 : 2015/12/09
  • 이 기술은 모터를 가진 대형 산업 기계류, 오토클레이브 살균을 위해 가열이 요구되는 의료 기계들과 같은 더 넓은 응용들에서 사용되기 위해 열적으로 견고한 Li 이온 배터리를 가능케 할 것으로 확신하고 있다. 이 기술이 일반적인 Li 이온 배터리에서 흔한 냉각 시스템을 요구하지 않기 때문에, 소형 배터리 시스템의 진보된 개발을 이끌고 전체 비용을 절감시킬 것으로 기대되고 있다.

    높은 에너지 밀도 Li 이온 배터리는 이미 휴대 소자들 (스마트폰과 테블릿), 전기 자동차와 재생 가능 에너지 수요와 공급의 조절기와 같은 응용들에서 전력 원천으로 이용되고 있다.

    일반적인 Li 이온 배터리는 분리막, 양의 전극 층과 음의 전극 층으로 이루어진다. 이 배터리는 충전과 방전 과정 중 두 전극 층 사이에서 리튬 이온을 전도하는 유기 전해질 용액으로 채워진다.

    이 유기 전해질 용액을 가진 일반적인 Li 이온 배터리의 문제는 열적 견고성이다. 최고 작동 온도는 이 유기 전해질 용액의 휘발성으로 인해 60도씨 근처로 제한된다. 결론적으로, 냉각 시스템 없이 높은 온도 환경 내에서 일반적인 Li 이온 배터리를 이용하기는 어렵다.

    그러므로, 어떠한 휘발성을 가지고 있지 않은 고체 전해질은 높은 온도 환경 내에서 Li 이온 배터리의 이용을 위해 개발되어왔다. 그러나 고체 전해질의 리튬 이온 전도성은 유기 전해질 용액에 비해 적고 순수 고체 상태 Li 이온 배터리의 내부 저항은 이를 상용화하기 위해 줄어야 한다.

    AIMR의 신-이치 오리모 박사의 연구실과 도호쿠 대학 물질 연구소는 새로운 고체 전해질로 LiBH4 기반 혼합 하이드라이드들에 대한 연구를 수행해 왔다. 그들은 실온에서 150도씨까지 넓은 온도 영역에서 빠른 리튬 이온 전도성을 확인했다.

    이 연구에서, 이론적인 값의 90%의 방전 용량을 가지고 150도씨의 고온 환경에서의 배터리 작동은 30Wh/L의 에너지 밀도와 2 mAh의 용량을 가진 Li 이온 배터리의 프로토타입으로 확인했다. 이는 스마트폰에 이용되는 Li 이온 배터리의 1/1000와 1/20에 해당하는 것이다. 이 조사는 열적으로 견고한 순수 고체 상태 Li 이온 배터리의 기본 작동을 확인하고 실용적인 이용을 위해 배터리 용량, 에너지 밀도와 충-방전 내구성을 더 개선하려는 시도이다.

    이 연구는 차세대 혁신 배터리를 위한 협동 연구로 불리는 히타치와 AIMR 사이 프로젝트의 일부이다. 이 연구의 발견들은 최근 아이치 현에서 열린 56회 배터리 심포지엄에서 부분적으로 선보였다.

    그림 설명: 이는 리튬 이온 배터리 (LIB)의 개략적인 그림이다.
  • 키워드 : 고체 상태 전해질, 리튬 이온, 배터리, 열적 내구성
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑