차세대 고체 전해질 기술 개발, 대기에 노출돼도 '안정적'

[아름이]

차세대 고체 전해질 기술 개발, 대기에 노출돼도 '안정적'
날짜:
2023년 1월 3일
원천:
DGIST(대구경북과학기술원)
요약:
엔지니어들은 대기 안정성이 향상된 고체 전해질 개발을 발표했습니다.

DGIST(총장 국양) 에너지공학과 이종원 교수팀, 중앙대 문장혁 교수팀과 공동으로 대기 안정성을 높인 고체 전해질 개발에 성공했다고 11일 밝혔다. , 12월 7일.

리튬 이온 배터리는 전자 제품 및 전기 자동차의 에너지 저장 시스템으로 널리 사용됩니다. 그러나 주로 가연성 유기 액체 전해질로 제조되어 발화에 취약하기 때문에 최근까지도 안전성 문제가 지속적으로 제기되고 있다.

반면, 산화물계 고체 전해질은 열적 안정성이 높고 리튬 덴드라이트의 성장을 물리적으로 방지할 수 있는 장점이 있다. 그 중 Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (이하 "LLZO") 전해액은 우수한 리튬 이온 전도성으로 인해 차세대 전해액으로 주목받고 있다.

이러한 장점에도 불구하고 LLZO 전해액은 대기에 노출되면 수분과 이산화탄소와의 반응으로 표면에 탄산리튬이 형성되는 문제가 있다. 탄산리튬은 표면에 형성된 후 결정입계를 따라 고체전해질로 침투하여 성장하여 리튬이온의 이동을 방해하여 LLZO 고체전해질의 리튬이온 전도도를 저하시킨다.

연구팀은 순수한 LLZO 전해질에 갈륨과 탄탈륨을 첨가하는 방식으로 갈륨과 탄탈륨의 이종 원소 도핑을 통해 LLZO 전해질의 대기 안정성을 향상시켰다. 특히, 갈륨을 첨가하여 형성되는 제3물질인 'LiGaO 2 '는 수분과 이산화탄소의 표면 흡착을 억제하고, 열처리 시 입자의 성장을 촉진하여 입자를 통한 탄산리튬의 성장을 방지함을 확인하였다. LLZO 전해질의 리튬 이온 전도 특성을 유지하고 경계를 유지합니다.

그 결과, 공기 중에서 장기간 보관해도 리튬 이온 전도성이 유지되며, 반복적인 리튬 전착/탈착 후에도 안정적인 성능을 유지함을 실증적으로 확인하였다.

DGIST 에너지공학부 이종원 교수는 “이번 연구팀이 제시한 고체 전해질 설계 개념이 고체 전해질을 접목한 고성능/고안전성 전고체 전지 개발에 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 대기 중에서 안정적이고 높은 리튬 이온 전도성을 가지고 있습니다."

한편, 이번 연구에는 DGIST 석박사통합과정 정우영 교수가 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 에너지 전문 국제학술지 에너지저장소재( Energy Storage Materials ) 11월 2일자 온라인판에 게재됐다. 또한 한국연구재단의 '나노소재기술개발사업'과 '공학연구센터 사업'의 지원을 받아 진행됐다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/