리튬 이온 배터리를 위한 새로운 전극 디자인은 주석 산화물 나노입자들의 네트워크로 일반적인 그라파이트 전극을 대체하여 수 시간에서 수 분으로 충전 시간을 잠재적으로 줄일 수 있다는 것을 보였다.

배터리는 양극과 음극이라 불리는 두 개의 전극을 가지고 있다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 내 양극은 그라파이트로 만들어진다.

그라파이트의 이론적인 최대 저장 용량은 배터리 기술 내에서 획기적인 진보를 막는 그램당 372 밀리암페어 시로 매우 제한된다고 퍼듀 대학 화학 공학과 부교수인 빌라스 폴 박사가 전했다.

연구원들은 그라파이트의 이론적인 충전 용량의 거의 두 배를 가지는 다공성 상호연결 주석 산화물 기반 양극을 이용하여 실험들을 수행했다. 연구원들은 이 실험적인 양극이 10시간 동안 천천히 충전될 때 그라파이트에 대한 이론적인 최대 용량보다 훨씬 더 큰 그램당 430밀리 암페어 시 (mAh/g)의 용량을 여전히 가지며 30 분 내 충전될 수 있다는 것을 시현했다.

이 양극은 열처리가 뒤따르는 끓는 물 내로 주석 알콕사이드 프리커서를 첨가하여 합성되기 때문에 상업적인 제조를 위해 실용적인 상호 연결된 주석 산화물 나노입자들의 배열된 네트워크로 구성된다고 폴 박사가 전했다.

폴 교수는 “우리는 이 실험에서 어떠한 복잡한 화학도 사용하지 않고 끓는 물 내에서 금속-유기 프리커서의 매우 간단하고 빠른 합성을 수행한다. 이 프리커서 화합물은 가격효율적이고 넓게 가용할 수 있는 타이타늄 알콕사이드와 비슷한 물질인 고체 주석 알콕사이드이다. 이는 스웨덴 농업 과학 대학의 공동 연구자들인 바딤 G. 케슬러와 굴라임 A. 세이센바에바 박사들에 의해 언급된 넓은 영역의 응용의 측면에서 매우 충분히 얻을 수 있을 것”이라고 말했다.

발견들은 어드밴스드 에너지 머터리얼스 지에 최근 게재된 논문에서 자세히 알 수 있다.

주석 산화물 나노입자들이 400도씨에서 가열될 때, 그들은 이 물질이 충전-방전 배터리 주기 동안 확장과 수축, 또는 숨쉴 수 있게 해 주는 구멍들로 둘러싸인 하나의 네트워크로 자기 조립한다.

이 공간들은 이 구조에 매우 중요하며 정당한 구멍 크기와 개별 주산 산화물 나노입자들 간의 상호연결이 없으면 배터리는 파괴될 것이라고 퍼듀 박사후 연구원인 비노드쿠마 에타체리 박사가 전했다.

그림 설명: 이 개략적인 다이아그램은 주석 산화물 나노입자들의 네트워크로 일반적인 그라파이트 전극을 대체함으로써 수 시간에서 수 분으로 충전 시간을 잠재적으로 줄이는 것을 나타내는 리튬 이온 배터리를 위한 새로운 전극 디자인 개념을 보여준다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』