전고체 배터리 성능 10배 향상 (더 나은 배터리를 위한 더 나은 질감)
( Better texture for better batteries)
February 10, 2025
> 새로운 배터리 혁신은 성능을 개선하기 위해 간과된 속성인 금속의 질감을 살펴봅니다.
> 전고체 배터리 에 사용되는 금속의 질감을 개선하면 성능이 10배 향상된다.
> LG엔솔, 진화하는 배터리 시장에서 앞서기 위해 연구 협업 추진.
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(시카고대 분자공학과 프리츠커 스쿨의 Y. 셜리 멩 교수의 에너지 저장 및 변환 연구실과 산업 파트너인 Thermo Fisher Scientific의 새로운 논문은 배터리에 사용되는 금속의 질감을 개선하면 성능이 크게 향상된다는 것을 보여주었습니다. (사진: 존 지크) )]
전고체 배터리 성능 10배 향상 (더 나은 배터리를 위한 더 나은 질감)
( Better texture for better batteries)
> 새로운 배터리 혁신은 성능을 개선하기 위해 간과된 속성인 금속의 질감을 살펴봅니다.
> 전고체 배터리 에 사용되는 금속의 질감을 개선하면 성능이 10배 크게 향상된다.
> LG엔솔, 진화하는 배터리 시장에서 앞서기 위해 연구 협업 추진.
전기 자동차, 모바일 기기, 재생 에너지 저장에 필요한 새로운 배터리를 만들기 위해 연구자들은 새로운 소재, 새로운 디자인, 새로운 구성, 새로운 화학 물질을 탐구해 왔습니다.
하지만 한 가지 측면, 즉 사용된 금속의 질감은 역사적으로 간과되어 왔습니다.
"리튬과 나트륨과 같은 연성 금속은 배터리의 음극으로 사용하기에 뛰어난 특성을 가지고 있으며, 리튬은 미래의 고에너지 충전식 배터리의 궁극적인 양극 재료로 간주됩니다." 분자 공학의 리우 패밀리 교수인 시카고대 PME 교수 셜리 멩이 말했다 . "그레인 방향, 즉 질감을 이해하는 데는 간극이 있습니다. 이러한 요인이 충전식 금속 배터리 성능에 어떤 영향을 미치는지 말입니다."
에너지 저장 및 변환을 연구하는 멩 연구소 와 업계 파트너인 Thermo Fisher Scientific이 발표한 새로운 논문은 이런 장벽을 깨고, 금속의 질감을 개선하면 성능이 크게 향상된다는 것을 보여주었습니다.
이 연구는 오늘 저널 Joule에 게재되었습니다.
"저희 연구에서 리튬 금속과 전류 수집기 사이에 얇은 실리콘 층을 추가하면 원하는 질감을 만드는 데 도움이 된다는 것을 발견했습니다." 새로운 연구의 첫 번째 저자인 UChicago PME Research Assoc. Prof. Minghao Zhang 이 말했습니다 . "이러한 변화는 리튬 금속을 사용하는 전고체 배터리에서 배터리의 속도 성능을 거의 10배 향상시켰습니다."
“There is a gap in understanding the grain orientation, also known as the texture, how such factor impacts the rechargeable metal battery performance.”
Prof. Y. Shirley Meng
배터리 양극에 이상적인 질감은 원자가 표면 평면을 따라 빠르게 움직일 수 있는 것입니다. 이 빠른 움직임은 배터리가 더 빨리 충전되고 방전되는 데 도움이 됩니다.
"우리는 연성 금속의 표면 에너지 차이가 실제로 질감을 바꿀 수 있다는 것을 깨달았습니다." 장이 말했다. "리튬이나 나트륨 금속을 사용한 배터리는 선호하는 속도 성능을 위해 이러한 질감에 의존하기 때문에, 연구팀은 연성 금속의 질감을 조정하면 전력 밀도를 개선할 수 있을지 궁금해했습니다."
이를 연구하려면 현미경의 장애물을 넘어야 했습니다. 이 그룹은 재료를 연구하기 위해 플라즈마 집속 이온 빔 주사 전자 현미경(PFIB-SEM) 내에서 밀링을 전자 후방 산란 회절(EBSD) 매핑과 결합했습니다. 두 기술을 함께 사용하면 새로운 방식으로 질감을 연구할 수 있었습니다.
"연성 금속의 질감 정보를 수집하는 것은 어려운 일입니다. 주로 관심 영역에 접근하는 데 어려움이 있고 리튬과 나트륨 금속의 반응성이 있기 때문입니다."라고 UChicago Energy Transition Network 의 창립 멤버인 Thermo Fisher Scientific의 수석 시장 개발 관리자이자 연구 공동 저자인 Zhao Liu가 말했습니다 . "PFIB-EBSD 조합은 이 연구에 적합합니다. PFIB는 셀 스택 내의 관심 영역에 효과적으로 접근하여 결함이 최소인 고품질 표면을 생성하는 반면 EBSD는 연성 금속에 대한 자세한 질감 정보를 제공합니다."
이 팀은 LG에너지솔루션 의 프론티어연구소 와 협력해 이 기술의 상용화를 위해 노력할 예정입니다.
LG에너지솔루션의 수석연구원 정범 리(Jeong Beom Lee)는 "LG에너지솔루션은 빠르게 진화하는 배터리 시장에서 앞서 나가기 위해 적극적으로 연구 협업을 추진하고 있습니다."라고 말했습니다. "전기자동차와 에너지 저장에 대한 수요가 계속 증가함에 따라, 우리는 차세대 배터리 기술을 개발하기 위해 제조 전문성과 대학의 혁신적인 연구를 결합하는 것이 중요하다는 것을 알고 있습니다."
연구자들의 다음 과제는 테스트 중에 사용되는 압력을 5메가파스칼(MPa)에서 1MPa로 낮추는 것입니다. 이는 현재 상업적으로 판매되는 배터리의 산업 표준입니다. 또한 Meng이 리튬에 대한 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 대안으로 오랫동안 연구해 온 나트륨에 대한 질감의 영향을 연구할 계획입니다 .
"이제 우리는 연성 금속에서 질감이 어떻게 형성되는지 이해했기 때문에 나트륨 금속은 빠른 원자 확산을 위해 질감을 선호할 것이라고 예측합니다." 장이 말했다. "이것은 모든 고체 상태 배터리에서 나트륨을 배터리의 양극으로 사용하면 미래 에너지 저장에 큰 돌파구가 될 수 있음을 의미합니다."
인용: “전기화학 공정에서 연성 금속의 입자 선택 성장,” Zhang et al, Joule, 2025년 2월 10일. DOI: 10.1016/j.joule.2025.101847
자금 지원: 이 연구는 미국 에너지부, 과학 사무국, 기초 에너지 과학에서 자금을 지원하는 에너지 혁신 허브인 에너지 저장 연구 연합 "ESRA"(DE-AC02-06CH11357)에서 자금을 지원받았습니다. Si 시드 층 설계를 사용한 고체 배터리는 Frontier Research Laboratory(FRL) 프로그램을 통해 LG Energy Solution에서 자금을 지원받았습니다.
Thermo Scientific Americas Nanoport 전자 현미경 시설에서 PFIB-SEM 데이터 수집은 Thermo Fisher Scientific에서 에너지 재료의 고급 특성화에 대한 자금 지원 및 협업을 통해 지원되었습니다.
Y. 셜리 멩
시카고대 분자공학 프리츠커 스쿨의 분자공학과 리우 가족 교수
연구 및 학술적 관심사: 배터리, 에너지
웹사이트: 에너지 저장 및 변환 연구소(LESC)
연락처: shirleymeng@uchicago.edu
사무실 위치:
MeMo
Room 175
5607 S. Drexel Avenue
Chicago, IL 60637
그녀의 연구는 일차 원리 계산에 의한 재료 발견 및 설계와 전자/중성자/광자 소스를 통한 고급 특성화의 독특한 조합을 통해 에너지 저장을 위한 더 나은 재료를 발견하고 설계하는 데 있어 선구자 역할을 했습니다.Meng은 연구 그룹인 에너지 저장 및 변환 연구소(LESC)의 주요 연구원입니다.그녀는 Royal Chemistry Society의 Faraday Medal(2020), International Battery Association Battery IBA Research Award(2019), Blavatnik Awards for Young Scientists Finalist(2018), Electrochemical Society의 CW Tobias Young Investigator Award(2016), BASF 및 Volkswagen의 Science Award Electrochemistry(2014), NSF CAREER Award(2011)를 포함한 여러 권위 있는 상을 수상했습니다.Meng은 Electrochemical Society(FECS)의 선출 펠로우이자 Materials Research Society(FMRS)의 선출 펠로우입니다.그녀는 Materials Research Society MRS Energy & Sustainability Journal 의 편집장을 맡고 있습니다 .
멩은 2005년 싱가포르-MIT 연합에서 마이크로 및 나노 시스템을 위한 고급 소재로 박사 학위를 받았고, 2000년 싱가포르 난양 기술 대학에서 일등 우등으로 학사 학위를 받았습니다. 그녀는 박사후 연구원으로 일했고 2005-2007년 MIT에서 연구 과학자가 되었습니다. 멩은 시카고 대학의 PME에 합류하기 전에 캘리포니아 대학교 샌디에이고(UCSD)에서 에너지 기술 분야의 Zable Endowed Chair Professor였습니다.
현재 연구
멩의 연구는 주로 에너지 저장 소재와 시스템에 중점을 두고 있습니다. 여기에는 전기 자동차와 트럭용 충전식 배터리, 사물 인터넷(IOT)용 전원, 재생 에너지의 심층적 보급을 위한 그리드 규모 저장 등이 포함됩니다.
선진상사는
사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서
ESS 배터리 매입, ESS 배터리 수거, ESS 배터리 장비를 철거합니다.
또한 리튬 이온 배터리 (Li-ion battery), 전기차 배터리 및 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카 배터리, 전동공구 배터리, 전동킥보드 배터리, 전기자전거 배터리, 인산철 배터리 등 수거 전문처리 업체입니다.
대학교, 관공서, 병원, 호텔, 군부대, 항공사,국내, 외 전기차 관련기업, 발전소 등의 ESS 배터리, 리튬 이온 배터리, 전기차 폐배터리와 2차 폐축전지, ESS, UPS 배터리 매입 수거까지 숙련된 기술과 합리적 가격, 정직함으로 진행합니다.
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ds2puw@hanmail.net
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