리튬 이온 배터리의 “건국 아버지”는 그의 발명으로 40년 동안 지속된 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.

리튬 이온 배터리의 “건국 아버지”는 그의 발명으로 40년 동안 지속된 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.

SNS 중성자를 사용하여 코팅 양극 물질을 확인하는 리튬 이온 배터리의 “건국의 아버지”(파란색 ) 리튬이 없는 산화니오븀(밝은 녹색)으로 첫 번째 사이클 용량 손실을 크게 줄이고 장기 용량을 개선했습니다. 출처: Jill Hemman/ORNL

1970년대 후반, M. Stanley Whittingham은 충전식 리튬 이온 배터리의 개념을 처음으로 설명했습니다. 그가 2019년 노벨 화학상을 공동으로 수상하게 될 업적입니다. 그러나 그는 이러한 배터리가 세계의 휴대용 전자 제품에 전력을 공급하게 되면서 발생할 복잡한 재료 과학 문제를 예상할 수 없었습니다.

한 가지 지속적인 기술 문제는 매번 새로운 리튬이 -이온 배터리가 장치에 설치되면 장치를 처음으로 재충전할 수 있기 전에 에너지 용량의 최대 약 5분의 1이 손실됩니다. 배터리가 노트북, 카메라, 손목시계, 심지어 새로운 전기 자동차에 장착되든 상관없이 사실입니다.

원인은 니켈이 풍부한 음극에 형성되는 불순물입니다. (+) 배터리의 저장된 에너지가 방전되는 쪽.

손실된 용량을 유지하는 방법을 찾기 위해 Whittingham은 주에서 온 그의 동료를 포함한 연구원 그룹을 이끌었습니다. Binghamton에 있는 뉴욕 대학교(SUNY Binghamton)와 에너지부(DOE)의 Brookhaven(BNL) 및 Oak Ridge 국립 연구소(ORNL)의 과학자들. 팀은 X선과 중성자를 사용하여 NMC 811이라고 하는 층상 니켈-망간-코발트 물질인 주요 양극 물질을 리튬이 없는 산화니오븀으로 처리하면 배터리 수명이 더 오래 갈 수 있는지 여부를 테스트했습니다.

“리튬 이온 배터리용 니켈이 풍부한 적층 산화물 음극에서 Nb의 역할은 무엇입니까?” 연구 결과 ACS Energy Letters에 나타납니다.

VULCAN은 변형, 상 변형, 잔류 응력, 조직 및 미세 구조 연구. 로드 프레임, 용광로, 배터리 충전기 및 현장 및 시간 분해 측정을 위한 기타 보조 장비가 기기에 통합되어 있습니다. 세계에서 가장 강렬한 펄스 가속기 기반 중성자 소스에서 ToF 회절계인 VULCAN은 2-600mm의 샘플링 볼륨으로 빠른 체적 매핑을 제공합니다. 3 및 일반 엔지니어링 재료의 측정 시간(분). 극단적인 경우 VULCAN은 1초 미만의 시간 프레임에서 운동 동작을 연구할 수 있습니다. 크레딧: DOE

“우리는 리튬이 없는 니오븀 산화물이 나노 크기의 리튬 니오븀 산화물을 형성할 것이라고 예측한 후 층상 산화물 음극 재료에서 NMC 811을 테스트했습니다. 현재 SUNY 저명한 교수이자 DOE 에너지 프론티어 연구 센터인 NECCES(Northeast Center for Chemical Energy Storage) 소장인 Whittingham은 이렇게 말했습니다. SUNY Binghamton.

리튬 배터리에는 리튬과 니켈이 풍부한 산화물 재료(최소 하나의 산소

SNS는 스폴레이션이라는 과정을 통해 액체 수은으로 채워진 강철 타겟에 짧은(마이크로초) 양성자 펄스를 전달하는 가속기 기반 시스템으로 중성자를 생성합니다. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00190

연구 지원 DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Vehicle Technologies Office, and used resources at BNL’s National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) and at ORNL’s Spallation Neutron Source.

SNS NSLS-II는 DOE Office of Science 사용자 시설입니다.

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Author: Oak Ridge National Laboratory

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