강타는 리튬 공기 건전지를 위해 계속합니다

새로운 음극은 배터리 수명을 향상시킬 수 있지만,리튬-공기 배터리는 여전히 약 2 개월 지속

전기 자동차 소유자에게는 다음 충전소 이전에 전력 부족에 대한 두려움 인 범위 불안이 현실입니다. 대중 시장에 전기 자동차를 가지고 싶어 자동차 제조 업체,년 오늘날의 리튬 이온 배터리보다 더 많은 충전을 저장할 수있는 대안을 모색하고있다.

하나의 옵션은 리튬-공기,그리고 연구자의 팀 주장 같은 배터리의 수명을 연장할 수 있는 음극의 새로운 종류를 발명 했다. 에 발표 된 연구에서 응용 촉매 비: 환경,한국과 태국의 팀은 황으로 도핑 된 그래 핀 음극에 니켈 코발트 황화물 나노 플레이크를 코팅 한 방법을 설명합니다. 결과:향상된 전기 전도성과 촉매 활성을 모두 자랑하는 전극.

“이것은 매우 흥미로운 설계 접근법입니다.”에너지 기술에 전념하는 영국에 기반을 둔 에너지 랭커스터 연구소의 해리 호스터는 말한다.

배터리는 일반적으로 산화 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성합니다. 리튬 공기 건전지의 경우에,산소 분자가 음극에 감소되는 동안 양극에서 리튬은 산화해 얻습니다. 생성 된 생성물은 과산화 리튬(리튬 2 이온 2)이다.

음극은 아마도 마법이 일어나는 곳입니다. 산소는 셀 내에서 유한 한 양으로 저장되기보다는 공기로부터 지속적으로 공급 될 수 있기 때문에 리튬-공기 배터리는 이론적으로 리튬 이온 사촌의 에너지 밀도를 10 배 제공 할 수 있습니다. 그리고 흑연 음극에 축적되는 과산화 리튬이 많을수록 배터리의 충전 용량이 높아집니다.

탄소 음극을 황으로 수정하면 리튬 퍼 옥사이드가 더 쉽게 달라 붙을 수 있다고 호스터는 말한다. “유황 원자는 지역 접착제 반점을 제공하여 사물에 충실 할 수있는 지점을 고정시킵니다.”라고 그는 말합니다.

유황은 또한 배터리에 추가적인 이점을 제공한다고 한국의 대구 경북 과학 기술 연구소의 물리 화학자 상가라주 산무감과 논문의 공동 저자 중 한 명은 말한다. 황 원자는 탄소 대응 물에 비해 크기가 훨씬 크기 때문에 황 도핑 음극은 다공성 탄소 격자 구조를 확장시켜 표면적을 증가시킵니다. “이런 일이 발생하면 전자가 그래 핀 내에서 더 잘 움직일 수 있으므로 전기 전도도가 향상됩니다.”

니켈 코발트 설파이드 나노 플레이크로 캐소드 표면을 코팅하면 촉매 활성을 증가시킴으로써 추가적인 부스트를 제공한다. “유황은 니켈 코발트 황화물의 금속 부위와 상호 작용하며,그래 핀 표면과 나노 플레이크 사이에는 강력한 시너지 상호 작용이 있습니다.”라고 샨 무감은 설명합니다.

플레이크는 또한 캐소드 표면과 생성 된 과산화 리튬 방전 생성물 사이에 보호 층을 형성하며,이는 부식성이 높다. 그 결과 1,700 시간 이상 또는 2 개월 이상 배터리 순환성이 훨씬 향상되었으며,샨무감은”가장 강력한 포인트 중 하나”라고 말합니다. 특정한 출력 수용량은 또한 그램 당 거의 14,200 밀리암페어 시간에”매우 높습니다”입니다(미리암페르하우어/그램). 한국에서 새로운 기술에 대한 특허가 출원 중입니다.

“그들이 제안한 자료는 매우 흥미 롭습니다…그리고 그들이 이것을 지역 사회에 처음으로 가져온 것처럼 보입니다.”라고 랭커스터의 호스팅 업체는 말합니다. 그러나 그는 결과가 실제로 얼마나 낙관적 인지에 대해 신중합니다.

이 시스템은 더 견고하게 테스트 할 필요가 있다고 그는 말한다. 전기촉매 활동을 제대로 측정하기 위해 연구자들은 주기적 전압계(외부 전압이 적용되고 배터리 전류가 그에 따라 어떻게 변하는 지 확인하기 위해 다양한 테스트 유형)를 낮은 속도보다는 높은 속도로 수행했어야 했다. 또한,그들이 수행한 방전 실험은 너무 얕아서(특정 용량 1,000 밀리암페어/그램에서 멈춤)적절한 스트레스 테스트로 간주될 수 없습니다.

그는 또한 배터리의 낮은 충전 효율을 강조,이는 당신이 그것을 충전에 넣어 에너지에 비해 얼마나 많은 에너지를 측정한다. 에너지 손실은 전극에 일어나는 열 생산 또는 쓸모 없는 부작용 때문에 유래할 수 있습니다. 대략 65%는 리튬 이온 배터리에서 기대할 수있는 것보다 15~25%낮습니다. 이 리튬-공기 배터리의 사용을 괴롭히는 계속 우려의 숫자 중 하나입니다. 다른 사람은 제거 할 수있는 높은 충전 전압을 필요로 형성,전해질을 분해하고,이후 배터리의 사이클 수명을 제한 할 수있는 화학적으로 공격적인 과산화 리튬 부산물로 무엇을 포함한다.

순수 리튬 애노드는 또한 문제를 제기한다. 반응성이 높은 리튬은 물 및 기타 요소에 노출되면 발화 할 수 있습니다. 그런 다음 공기 자체의 문제가 있습니다. 배터리에 산소를 공급하는 것은 실험실에서 잘 작동하지만 도로에서 달리는 전기 자동차에는 가능하지 않습니다. 공기를 이용하는 것이 목표이지만,먼저 이산화탄소 및 물 증기와 같은 배터리 손상 불순물을 제거해야합니다.

이러한 개발 과제는 최근 몇 년 동안 리튬-공기 배터리에 대한 열정을 약화 시켰습니다. 심지어 패러데이 기관,영국. 배터리 연구에 6 천 5 백만 달러를 쏟아 부은 기관은 전자가”위험하지만 더 현실적”이라고 생각했기 때문에 마지막 자금 조달 라운드에서 리튬-공기 배터리를 통해 리튬-황 배터리에 투자하기로 결정했습니다.

“그것은 냉정한 현실이었다…리튬-산소 배터리는 핵융합이 큰 기술에있는 것과 조금 비슷합니다.”라고 그는 말합니다. “큰 잠재적 인 승리가있다,하지만 많은 느슨한 끝이있다.”

그러나 리튬 공기 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 잠재적으로 10 배 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에”여전히 큰 게임이 있습니다.”라고 호스터는 말합니다. “그러나 하나는 기대를 관리해야합니다.”