고무는 차세대 전고체 전지의 핵심 소재가 될 기존 소재를 대체할 것으로 예상됩니다.

전기 자동차(EV)가 주류가 되기 위해서는 사용 중에 폭발하거나 환경에 해를 끼치지 않는 비용 효율적이고 안전하며 오래 지속되는 배터리가 필요합니다. Georgia Institute of Technology의 연구원들은 기존의 리튬 이온 배터리에 대한 유망한 대안을 찾았을 수 있습니다.고무.

엘라스토머 또는 합성 고무는 우수한 기계적 특성으로 인해 웨어러블 전자 제품 및 소프트 로봇과 같은 고급 기술 및 소비재에 널리 사용됩니다. 연구원들은 재료가 3D 구조로 공식화될 때 배터리가 더 오래 충전하고 더 멀리 갈 수 있도록 하는 우수한 기계적 인성과 함께 빠른 리튬 이온 수송을 위한 초고속 도로 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 이번 연구는 한국과학기술원과 공동으로 진행됐으며 국제학술지 네이처에 게재됐다.

기존의 리튬 이온 배터리에서 이온은 액체 전해질에 의해 이동합니다. 그러나 이러한 배터리는 본질적으로 불안정합니다. 아주 작은 손상이라도 전해질에 누출되어 폭발이나 화재로 이어질 수 있습니다. 안전 문제로 인해 업계는 무기 세라믹 재료 또는 유기 폴리머를 사용하여 만들 수 있는 고체 배터리에 집중하게 되었습니다.
연구팀의 일원인 George W. Woodruff 기계공학부의 이승우 부교수는 "대부분의 산업은 무기 고체 전해질을 만드는 데 중점을 두고 있습니다. 그러나 만들기가 어렵고 비싸고 환경 친화적이지 않습니다"라고 말합니다. 다른 재료보다 우수한 고무 기반 유기 고분자를 발견했습니다. 고체 고분자 전해질은 낮은 제조 비용, 무독성 및 부드러운 특성으로 인해 계속해서 큰 관심을 끌고 있습니다. 그러나, 기존의 고분자 전해질은 고체 전지의 안정적인 작동을 보장하기에 충분한 이온 전도성 및 기계적 안정성을 갖지 않습니다.
새로운 3D 디자인은 에너지 밀도와 성능의 도약을 가져옵니다.
사용되는 Georgia Tech 엔지니어고무일반적인 문제(느린 리튬 이온 수송 및 열악한 기계적 특성)를 해결하기 위한 전해질. 핵심 돌파구는 재료가 견고한 고무 매트릭스에서 3차원(3D) 상호 연결된 플라스틱 결정상을 형성할 수 있도록 하는 것이었습니다. 이 독특한 구조는 높은 이온 전도성, 우수한 기계적 특성 및 전기화학적 안정성을 제공합니다.
고무 전해질은 전극 표면에 견고하고 매끄러운 계면을 생성하는 간단한 중합 공정을 사용하여 저온에서 만들 수 있습니다. 고무 전해질의 이러한 고유한 특성은 리튬 덴드라이트의 성장을 방지하고 이온의 더 빠른 이동을 허용하여 고체 상태 배터리가 실온에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.
고무, 높은 기계적 특성으로 모든 곳에서 사용되므로 더 저렴하고 안정적이며 안전한 배터리를 만들 수 있습니다. 이온 전도도가 높다는 것은 동시에 더 많은 이온을 이동할 수 있다는 것을 의미하며, 이러한 배터리의 비에너지와 에너지 밀도를 높여 전기 자동차의 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.

연구원들은 현재 배터리의 성능을 개선하고 더 나은 이온 전도성을 통해 사이클 시간을 늘리고 충전 시간을 줄이는 방법을 연구하고 있습니다. 지금까지 그들의 노력으로 배터리 성능/사이클 시간이 두 가지 개선되었습니다.

이 작업은 전기 자동차의 혁신 허브로서 조지아의 명성을 높일 수 있습니다. 글로벌 에너지 및 석유화학 기업인 SK이노베이션은 기존 리튬이온 배터리보다 더 안전하고 에너지 집약적인 차세대 전고체 배터리를 개발하기 위한 연구소와의 지속적인 협력의 일환으로 전해질 재료에 대한 추가 연구에 자금을 지원하고 있습니다. SK이노베이션은 최근 조지아주 커머스에 신규 전기차 배터리 공장을 건설한다고 발표했다.
전고체 배터리는 전기 자동차의 주행 거리와 안전성을 크게 향상시킬 수 있습니다. SK이노베이션 등 빠르게 성장하는 배터리 업체들은 전고체 배터리 상용화를 전기차 시장의 판도를 바꿀 것으로 보고 있다. 최경환 SK이노베이션 차세대전지연구센터장은 “SK이노베이션, 조지아연구소 이승우 교수와 함께 진행 중인 프로젝트를 통해 전고체전지의 빠른 적용과 상용화에 큰 기대를 걸고 있다”고 말했다. 기술의."