전고체 배터리 전해질로 빠른 리튬 이온 전도체 만든다 – Physics World

전고체 배터리 전해질로 빠른 리튬 이온 전도체 만든다 – Physics World

타임 스탬프 : 13 년 2024 월 5 일 오전 30시 XNUMX 분


새로운 전고체 배터리 전해질을 통해 이동하는 리튬 이온(파란색)을 보여주는 이미지
이동 중인 이온: 이 이미지는 구조를 통해 이동하는 리튬 이온(파란색)을 나타냅니다. (제공: 리버풀 대학교)

영국 리버풀 대학의 연구원들은 리튬 이온을 매우 빠르게 전도하여 오늘날 널리 사용되는 리튬 이온 배터리에서 발견되는 액체 전해질과 경쟁할 수 있는 새로운 고체 배터리 전해질을 개발했습니다. 이러한 높은 리튬 이온 전도성은 재충전 가능한 에너지 저장의 전제조건이지만 고체에서는 흔하지 않습니다. 배터리는 더 안전하고 충전 속도가 빠르기 때문에 매력적입니다..

새로운 전해질의 화학식은 Li이다.7Si2S7I는 육각형 및 입방형 밀집 구조로 배열된 규칙적인 황화물 및 요오드화물 이온을 포함합니다. 이 구조는 3차원 모두에서 리튬 이온의 이동을 촉진하기 때문에 재료의 전도성을 높입니다. "리튬 이온이 이동을 위해 더 많은 '옵션'을 선택할 수 있도록 하는 구조로 생각할 수 있으며, 이는 리튬 이온이 막힐 가능성이 적다는 것을 의미합니다."라고 설명합니다. 매트 로세인스키Walk Through California 프로그램, 리버풀 화학자 누가 연구를 주도 했습니까?

올바른 특성을 지닌 올바른 재료

이러한 움직임의 자유를 촉진하는 재료를 식별하기 위해 Rosseinsky와 동료들은 인공 지능(AI)과 결정 구조 예측 도구를 조합하여 사용했습니다. "우리의 원래 아이디어는 리튬 이온이 이동할 수 있는 광범위한 잠재적 위치를 생성하기 위해 NiZr과 같은 금속간 물질의 복잡하고 다양한 결정 구조에서 영감을 받은 새로운 구조의 이온 전도체 계열을 만드는 것이었습니다."라고 Rosseinsky는 말했습니다. 설명합니다. AI와 기타 소프트웨어 도구는 팀이 어디를 봐야 할지 아는 데 도움이 되었지만 "최종 결정은 항상 소프트웨어가 아니라 연구원이 내렸습니다."

연구진은 실험실에서 물질을 합성한 후 회절 기술을 사용하여 구조를 결정하고 NMR 및 전기 수송 측정을 통해 리튬 이온 전도성을 결정했습니다. 그런 다음 재료를 배터리 셀에 통합하여 리튬 이온 전도성 효율을 실험적으로 입증했습니다.

미지의 화학 탐구

Rosseinsky의 연구는 보다 지속 가능한 형태의 에너지로의 전환을 지원하는 재료를 설계하고 발견하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 유형의 연구에는 디지털 및 자동화 방법, 새로운 구조와 결합을 갖춘 재료의 탐색적 합성, 실제 적용을 통한 재료의 목표 합성 등 다양한 기술이 포함됩니다. “우리의 연구는 이러한 모든 방향을 하나로 묶었습니다.”라고 그는 말합니다.

Rosseinsky는 알려진 재료와 다른 재료를 발견하는 것이 어렵다고 덧붙였습니다. 특히 모든 후보 재료는 실험실에서 실험적으로 구현되어야 하기 때문입니다. 그와 그의 동료들은 재료의 합성 화학을 결정한 후에는 전자적 및 구조적 특성을 측정해야 합니다. 이를 위해서는 필연적으로 학제간 연구가 필요합니다. 현재 작업에서 Rosseinsky는 동료들과 팀을 이루었습니다. 소재혁신공장Walk Through California 프로그램, Leverhulme 기능성 소재 디자인 연구 센터Walk Through California 프로그램, 스티븐슨 재생 에너지 연구소 그리고 앨버트 크루 센터 및 공과대학 뿐만 아니라 자신의 화학과.

더 넓은 배터리 연구 분야에 적용 가능

팀이 개발한 프로세스(자세한 ​​내용은 과학, 배터리 연구 분야 전반에 걸쳐 적용될 수 있다고 Rosseinsky는 말합니다. "고체에서 빠른 이온 운동을 선호하는 방법에 대한 우리 연구에서 얻은 지식은 리튬 이온 배터리에 사용되는 물질 이외의 물질과 관련이 있으며 이온 전도성 물질에 의존하는 다른 기술에 일반화될 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 물리 세계. "여기에는 양성자 또는 산화물 이온 전도성 물질과 수소 생성을 위한 고체 연료 전지 또는 전해조는 물론 대체 배터리 구조의 나트륨 및 마그네슘 전도성 물질이 포함됩니다."

연구자들은 리(Li)가7Si2S7나는 아마도 그들의 새로운 접근 방식으로 접근할 수 있는 많은 새로운 자료 중 첫 번째에 불과할 것입니다. Rosseinsky는 “연구할 수 있는 물질과 이온 전달 특성이 구조 및 구성과 어떻게 연결되는지 정의하는 데 할 일이 많습니다.”라고 결론지었습니다.

타임 스탬프 :

더보기 물리 세계