캘리포니아 대학교, 탄소나노튜브 그물을 사용해 배터리 과열 폭발을 방지하기 위한 새로운 배터리 다이어프램 제작

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Lieferant von tragbaren Kraftwerken

캘리포니아 샌디에이고 대학의 나노 엔지니어는 리튬 금속 배터리가 단락되었을 때 급격히 가열되어 폭발하는 것을 막는 안전 기능을 개발했습니다. 캘리포니아 샌디에이고의 나노공학과 교수인 류핑(Liu Ping)은 "Advanced Materials" 잡지에 자신의 연구를 자세히 소개한 논문을 발표했습니다. 리튬 금속 배터리는 성능 면에서 큰 잠재력을 가지고 있지만, 현재의 형태에서는 고장이 나기 쉽습니다.

이는 수지상 결정이라고 불리는 바늘 모양의 구조가 성장하기 때문이며, 배터리가 충전된 후 양극에 수지상 결정이 형성되고 분리막이 뚫리면서 분리막이 양극과 음극 사이에 형성됩니다. 장벽은 에너지와 열의 흐름을 느리게 합니다. 이 장애물이 파괴되고 전자가 더 자유롭게 흐르게 되면 더 많은 칼로리가 생성되고 사태가 통제 불능이 되어 배터리가 과열, 고장, 화재, 심지어 폭발하는 일이 발생합니다.

과학자들은 리튬 금속 배터리의 이런 문제를 다양한 방법으로 해결하려고 노력하고 있는데, 초음파 또는 특수 보호층을 사용하는 것은 몇 가지 가능성에 불과합니다. 연구팀은 배터리의 일부인 다이어프램을 제거했습니다. 다이어프램은 양극과 음극 사이의 격벽으로, 배터리가 단락될 때 배터리에 축적된 에너지(즉, 열)의 흐름이 느려지도록 합니다.

이 논문의 첫 번째 저자는 깜짝 놀라며 "우리는 배터리 고장을 막으려 하지 않습니다. 우리는 배터리를 더욱 안전하게 만들었습니다. 배터리가 고장나도 화재나 폭발이 일어나지 않도록 말이죠. 리튬 금속 배터리는 충전을 반복하면 양극에서 양극으로 바뀌게 됩니다.

시간이 지남에 따라 수지상 돌기가 충분히 길어져 횡격막을 관통하고 양극과 음극 사이에 다리가 생겨 내부 단락이 발생합니다. 이런 일이 발생하면 두 전극 사이의 전자 흐름이 제어되지 않아 배터리가 과열되어 작동이 중단됩니다. 캘리포니아 샌디에이고 대학의 연구팀은 기본적으로 안도감을 느꼈습니다.

한 면은 부분적으로 전기 전도성을 띤 얇은 탄소 나노튜브 네트워크 층으로 덮여 있어 수지상 돌기가 형성되는 것을 차단할 수 있습니다. 수지상 페이스트가 다이어프램과 탄소나노튜브 망에 부딪히면 전자는 채널을 가지게 되는데, 이 채널은 음극으로 직접 방전되지 않고 천천히 방전될 수 있습니다. 곤잘레스는 새로운 배터리 분리기를 댐의 배수 경로와 비교할 것입니다.

그는 이렇게 말했습니다. "댐이 완충되기 시작하면 유출을 막고 통제 가능한 방식으로 물이 흘러나오게 해야 합니다. 이런 식으로 댐이 실제로 굳어지면 홍수를 일으킬 수 있는 물이 많지 않습니다. 이는 충전의 방전 속도를 크게 줄여 음극으로의 전자 "침수"를 방지하는 분리막의 아이디어입니다.

수지상이 분리막의 전도층에 의해 차단되면 배터리가 방전되기 시작하므로 배터리가 단락되면 위험할 만큼 에너지가 충분하지 않습니다. "다른 배터리 연구 작업은 충분히 강한 재료를 사용하여 수상돌기의 침투를 막는 데 집중되어 있습니다. 하지만 곤잘레스는 이 접근방식의 문제점은 그것이 불가피한 결과만을 확대시킨다는 것이라고 말했습니다.

이러한 분리막은 여전히 ​​이온이 통과할 수 있어야 배터리가 작동합니다. 그러므로 마침내 나무가 지나갈 때 단락은 더욱 심해질 것입니다. 실험 결과, 새로운 분리막에 설치된 리튬 금속 배터리는 20~30회의 사이클에서 점차적으로 고장이 나는 징후를 보였습니다.

동시에 배터리와 일반적인 (그리고 약간 두꺼운) 분리막은 한 사이클에서 갑자기 고장이 발생합니다. "실제 사고 현장에서는 배터리가 고장날 것이라는 사전 경고가 제공되지 않습니다. 이전 1초는 괜찮았을지 몰라도, 다음 초에는 불이 나거나 완전히 단락될 수도 있습니다.

곤잘레스는 "이건 예측할 수 없는 일이에요."라고 말했습니다. "하지만 우리의 분리기를 사용하면 미리 경고를 받게 될 거에요. 점점 더 악화되고, 점점 더 악화되고, 점점 더 악화될 거예요. "이 연구의 초점은 리튬 금속 배터리이지만, 연구자들은 이 분리막이 리튬 이온과 다른 배터리 화학 반응에도 사용될 수 있다고 말합니다.

연구팀은 분리막의 상업적 활용을 최적화하는 데 전념할 예정이다. 캘리포니아 대학교 샌디에이고는 이 연구에 대한 임시 특허를 신청했습니다.