새로운 제조 공정은 리튬 이온 배터리용으로 더 우수하고 저렴한 음극을 생산합니다.

[아름이]

새로운 제조 공정은 리튬 이온 배터리용으로 더 우수하고 저렴한 음극을 생산합니다.
날짜:
2022년 12월 5일
원천:
DOE/오크 리지 국립 연구소
요약:
연구원들은 리튬 이온 배터리의 핵심 구성 요소를 생산하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그 결과 독성이 적은 물질을 사용하는 더 빠르고 덜 낭비적인 프로세스를 통해 보다 저렴한 배터리를 얻을 수 있습니다.

에너지부의 Oak Ridge 국립 연구소의 연구원들은 리튬 이온 배터리의 핵심 구성 요소를 생산하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그 결과 독성이 적은 물질을 사용하는 더 빠르고 덜 낭비적인 프로세스를 통해 보다 저렴한 배터리를 얻을 수 있습니다.

대부분의 전기차는 물론 가전제품부터 휴대폰까지 사용되는 리튬이온전지는 양극과 음극 사이에 전해액을 사이에 두고 구성된다. 이온은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반응에서 전해질을 통해 양극에서 음극으로 이동합니다.

탈탄소화 추진과 전기 자동차에 대한 수요로 인해 에너지 밀도가 높은 음극을 지속 가능하게 생산하는 데 초점이 맞춰졌습니다. 그러나 전통적인 처리 방식에는 문제가 있습니다.

첫 번째 장애물은 해외에서 채굴 및 정제된 희귀 금속인 코발트에 대한 의존도입니다. 이러한 외국 소스에 대한 의존도는 미국 제조 공급망 및 운송 인프라에 위험을 초래합니다.

코발트의 가용성이 유일한 문제는 아닙니다. 음극에서 흔히 볼 수 있는 다른 금속의 균형 또한 제조 공정을 더 길고 더 위험하게 만들 수 있습니다. 예를 들어 높은 니켈 농도로 인해 부식 반응을 위해 다량의 암모니아가 필요한 음극 생산을 위한 화학적 혼합 방법이 널리 사용되었습니다. 독성 화학 물질을 사용하면 비용이 증가하고 건강 및 환경 문제가 고조되며 산도를 줄이기 위해 많은 양의 물을 낭비합니다.

ORNL 연구원들은 Journal of Power Sources 에 코발트 없이 새로운 종류의 고용량 음극 재료를 만드는 더 깨끗하고 저렴하며 효율적인 방법을 개발했다고 보고했습니다. 반응기에서 화학 물질과 함께 음극 물질을 지속적으로 교반하는 대신, 그들의 열수 합성 접근법은 에탄올에 용해된 금속을 사용하여 음극을 결정화합니다. 에탄올은 암모니아보다 보관 및 취급이 더 안전하며 나중에 증류하여 재사용할 수 있습니다.

ORNL의 일리아스 벨하루악(Ilias Belharouak) 프로젝트 수석 조사관은 "이 새로운 공정은 음극 산업을 보다 깨끗하고 비용 경쟁력 있는 생산으로 옮기는 동시에 환경에 대한 부담을 줄이는 주요 이점을 제공한다"고 말했다.

수열 합성 방법은 또한 훨씬 빠르다고 ORNL의 수석 연구원 Rachid Essehli는 말했습니다. 입자를 만들고 다음 음극 배치를 준비하는 데 필요한 시간이 며칠에서 12시간으로 줄어듭니다.

또한 생산된 물질은 음극에 이상적인 더 균일하고 둥글며 조밀하게 채워진 입자를 가지고 있다고 Essehli는 말했습니다. ORNL 팀은 이전에 작동하는 다른 코발트가 없는 조합을 확인했지만 이 연구를 통해 개발된 재료는 배터리 충전 주기 전반에 걸쳐 안정성을 유지하는 데 더 뛰어났습니다.

그 특성이 오늘날의 코발트 기반 음극과 유사하기 때문에 이 신소재는 기존 배터리 제조 공정에 원활하게 통합될 수 있습니다. Essehli는 이 기술에 대한 특허가 출원 중이며 상업적 생산을 위해 규모를 키울 준비가 되어 있다고 말했습니다. "이 양극 재료는 더 많은 에너지를 제공하고 전기 자동차 배터리의 비용을 줄일 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/