최소한의 외부 압력으로도 작동하는 리튬 메탈 배터리에 한 발 더 다가가다

캘리포니아 대학교 샌디에이고 대학교와 시카고 대학교가 이끄는 배터리 연구원 팀은 LiPON(리튬 인 산질화물)이라고 불리는 잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는 박막 고체 전해질을 생산하는 새로운 방법론을 개발했습니다. 팀은 기능성 배터리 테스트에서 독립형 버전의 LiPON 필름을 구현했으며 내부 압축 응력과 금 시딩 층의 도움으로 외부 압력이 0인 상태에서 균일하게 조밀한 리튬 금속 전기화학 증착을 촉진한다는 사실을 발견했습니다. 캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스와 시카고 대학교가 이끄는 배터리 연구원 팀이 수행한 이 연구는 2023년 8월 3일 Nature Nanotechnology 저널에 게재되었습니다.

연구팀은 배터리 연구원이자 시카고 대학교와 UC 샌디에고 대학교에 소속된 잉 셜리 멩(Ying Shirley Meng) 교수가 이끌고 있습니다. 첫 번째 저자는 최근 박사 학위를 취득한 Diyi Cheng입니다. UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학의 재료 과학 및 엔지니어링 프로그램에서 근무하고 있으며 로렌스 버클리 국립 연구소에서 연구 활동을 계속하고 있습니다. 이 팀에는 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)와 UC 버클리(UC Berkeley)의 연구원도 포함되어 있습니다.

LiPON은 리튬 이온을 전도하고 미래 리튬 배터리 산업을 위한 광범위한 전극 재료와 결합할 수 있는 강력한 가능성을 보여주는 박막 고체 전해질입니다. 그러나 LiPON을 생산하는 기존 방법으로 인해 연구자들은 물질을 완전히 이해하지 못했습니다. 이제 팀은 LiPON을 보다 포괄적으로 연구할 수 있는 독립형 형태로 이 유망한 고체 전해질을 생산하는 방법을 찾았습니다. LiPON 제조에 대한 새로운 접근 방식은 이 고체 전해질을 사용하여 최소한의 외부 압력에서도 작동할 수 있는 리튬 금속 고체 배터리를 가능하게 하는 문을 열었습니다.

LiPON은 원래 1992년 Oak Ridge 국립 연구소의 과학자 그룹에 의해 개발되었습니다. 지난 30년 동안의 지속적인 연구 노력에도 불구하고 LiPON의 본질적인 특성과 관련 인터페이스에 대한 철저한 이해가 여전히 부족하여 전망과 발전이 저해되고 있습니다. LiPON 소재. 이 딜레마를 초래하는 몇 가지 요인은 다음과 같습니다.

LiPON 연구에 대한 알려진 어려움을 고려하여 팀은 독립형 형태로 LiPON 필름을 생산하기 위한 새로운 방법을 개발했습니다. 그 결과 회절 기반 기술에 비해 LiPON의 고유한 특성을 밝힐 가능성이 더 큰 광범위한 분광 기술과 호환되는 유연하고 투명한 독립형 LiPON(FS-LiPON) 필름이 탄생했습니다. 이러한 발전은 LiPON의 계면 화학, 열 특성 및 기계적 특성에 대한 새로운 Nature Nanotechnology 논문에 설명된 새로운 통찰력을 제공했습니다. 통찰력에는 다음이 포함됩니다.

연구팀은 LiPON에 대한 새로운 기본 통찰력을 수집하는 것 외에도 기능성 배터리 테스트에서 새로운 독립형 고체 전해질 버전을 구현했습니다. 연구팀은 박막 FS-LiPON이 내부 압축 응력과 금 시딩 층의 도움으로 외부 압력이 0인 상태에서 균일하게 조밀한 리튬 금속 전기화학적 증착을 촉진한다고 보고했습니다. 이 발견은 벌크 전고체 배터리의 인터페이스 엔지니어링에 관한 귀중한 힌트를 제공합니다.

LiPON 기반 박막 배터리는 거대한 시장에서 웨어러블 및 기타 소형 전자 장치에 큰 잠재력을 보여주었습니다. 이 작품에서 제작된 FS-LiPON 필름은 Diyi Cheng et al. Nature 나노기술은 계면 화학, 이온 확산 및 인터페이스 엔지니어링에 대한 심층적인 논의를 가능하게 하여 LiPON 재료의 기초와 응용을 모두 밝히고 리튬 고체 배터리 개발에 여러 면에서 도움이 될 수 있습니다.

2023년 8월 3일 Nature Nanotechnology에서 "자립형 리튬인산질화물 박막 전해질은 외부 압력 없이 균일하고 조밀한 리튬 금속 증착을 촉진합니다."라고 발표했습니다.