그래핀 및 배터리

배터리 기술은 빠르게 진화하고 있으며 수십 가지의 경쟁 대체 화학 물질이 리튬 이온 배터리의 지배력에 도전하고 있습니다

그래핀은 높은 전기 전도성과 열 전도성으로 인해 배터리 소재로 유망한 소재입니다. 우한 공과대학교 및 심천대학교와 공동으로 스완지 대학교 연구원들이 최근 발견한 결과, 리튬 이온 배터리에 그래핀을 사용할 수 있는 길을 열어 그래핀을 포함한 대체 화학에 대한 지배적인 배터리 기술로 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 배터리 기반.

Nature Chemical Engineering의 연구원 간행물은 상업적 규모로 결함이 없는 그래핀 포일을 제조하기 위한 최초의 성공적인 프로토콜을 자세히 설명합니다. 이 방법은 미터에서 킬로미터에 이르는 길이의 그래핀 포일을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 대량 생산을 위해 설계되지 않은 실험실 환경에서 그들은 17마이크로미터 두께의 200미터 길이의 그래핀 포일을 만드는 데 성공했습니다. 호일은 또한 저항성이 뛰어나고 100,000회 이상 구부린 후에도 높은 전기 전도성을 유지하는 것으로 입증되어 유연한 전자 장치, 산업 제조 및 그래핀을 사용하여 강력한 전류를 배포하는 기타 응용 분야에 사용하기에 적합합니다.

연구원들이 연구에서 중점을 둔 응용 분야는 그래핀 호일을 리튬 이온 배터리의 집전체로 사용하는 것입니다. 리튬이온 배터리는 배터리 일부에 과도한 열이 축적되어 위험한 화재나 폭발로 배터리 고장을 일으키는 열폭주(Thermal Runaway)라는 주요 위험에 취약합니다. 이 문제는 많은 연구자와 배터리 회사가 리튬 이온 대신 나트륨 이온과 같은 대체 화학 물질을 찾고 있는 주요 이유 중 하나입니다. 예를 들어 젤 전해질과 같은 다양한 대체 솔루션이 연구되고 있습니다.

열폭주는 가장 많은 전력이 집중되는 배터리 집전체에서 주로 발생합니다. 현재 리튬이온 배터리에서 집전체는 일반적으로 알루미늄이나 구리로 만들어진다. 그래핀 호일을 이용한 연구를 통해 개발된 그래핀 집전체는 1,400.8 W m−1 K−1의 높은 열전도율을 나타낼 수 있습니다. 참고로 구리, 알루미늄 기반 집전체에 비해 거의 10배 높은 수치입니다.

그래핀 포일은 매우 빠른 열 방출을 나타내기 때문에 전류가 흐를 때 국부적으로 열이 집중되는 위험을 제거합니다. 결과적으로 이는 배터리 고장 및 화재 위험 확산으로 이어지는 중요한 단계인 알루미늄열 및 수소 진화 반응의 위험을 제거합니다.

“우리의 조밀하고 정렬된 그래핀 구조는 가연성 가스 형성에 대한 강력한 장벽을 제공하고 산소가 배터리 셀에 침투하는 것을 방지합니다. 이는 치명적인 고장을 피하는 데 중요합니다.”

공동저자 양진롱 박사

아마도 더 중요한 것은 이 방법이 이미 그래핀 포일의 대량 제조에 적용 가능한 것으로 입증되었다는 것입니다. 따라서 기존 배터리 제조 공정에 신속하게 통합될 수 있습니다.

“이것은 배터리 기술의 중요한 진전입니다. 우리의 방법을 사용하면 상업용 배터리 제조에 쉽게 통합될 수 있는 규모와 품질로 그래핀 집전체를 생산할 수 있습니다. 이는 열을 효율적으로 관리하여 배터리 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 밀도와 수명도 향상시킵니다.”

공동저자 루이 탄 박사

연구원들은 이미 그래핀 포일의 두께를 줄이고 기계적 특성을 더욱 향상시키는 방법을 찾고 있습니다. 그들은 또한 스완지 대학(Swansea University)의 Pr. 세레나 마고도나의 리더십.

이전에 수상돌기 성장으로 인한 배터리 고장 위험을 제거하는 벌집형 리튬 이온 배터리에 대해 논의했습니다. 그래핀 포일을 이용해 열폭주도 억제할 수 있다면 리튬이온 배터리를 기존 버전보다 훨씬 더 안전하고 내구성 있게 만들 수 있을 것이다.

이는 전반적으로 배터리 기술의 한 틈새 시장에서 대부분의 혁신 패턴을 따르며 다른 디자인에서도 사용할 수 있어 업계의 빠른 발전에 도움이 됩니다.

(“모빌리티의 미래 – 배터리 기술” 및 “에너지 저장의 미래 – 유틸리티 규모 배터리 기술” 기사에서 배터리 기술에 대해 자세히 알아볼 수도 있습니다.)

위 내용은 그래핀 및 배터리의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!