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리튬 이온 배터리는 추운 곳에서 재충전됩니다.

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(제공: iStock/MF3d)

온도가 영하로 떨어지면 리튬 이온 배터리는 많은 양의 충전을 유지할 수 없으므로 잘 충전되지 않습니다. 중국 Jiaotong University의 연구원들은 이제 이러한 장치의 기존 흑연 양극을 "울퉁불퉁한" 탄소 기반 재료로 교체하여 이 문제를 극복했다고 말합니다. 새로운 구조는 충전식 저장 용량을 -20°C까지 유지하여 높은 고도에서 볼 수 있는 것과 같은 추운 환경, 항공 우주 애플리케이션, 심해 탐사 및 기타 전기 자동차에서 사용할 수 있습니다. 극한의 조건에서 작업해야 합니다.

리튬 이온 배터리는 휴대폰에서 전기 자동차에 이르는 다양한 응용 분야에 널리 사용됩니다. 이러한 장치는 고용량 및 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 많은 전하를 매우 빠르게 저장할 수 있습니다. 충전하는 동안 리튬 이온은 일반적으로 액체 유기 용매에 용해된 리튬 염으로 만들어진 전해질을 통해 음극에서 양극으로 이동합니다. 그러나 섭씨 XNUMX도에 가까운 온도에서 이러한 장치의 양극은 전하를 전송하지 못할 수 있습니다. 이러한 현상을 심각한 용량 저하라고 합니다.

수정된 양극 표면 구조

연구원들은 최근 리튬 이온 배터리 양극에서 흑연의 평평한 방향이 저온에서 배터리의 에너지 저장 용량을 감소시키는 원인임을 발견했습니다. 새로운 작업에서 연구원 팀은 왕 사이  of 교통대학교 물리공학부야오 지안니안 인사말 베이징 국립 분자 과학 연구소 따라서 전극의 에너지 전달 과정을 개선하기 위해 이 양극의 표면 구조를 수정하기로 결정했습니다.

Wang, Yao 및 동료들은 새로운 "울퉁불퉁한" 재료를 만들기 위해 ZIF-67이라고 하는 코발트 함유 제올라이트 재료를 고온에서 가열하는 것으로 시작했습니다. 이것은 그릇과 같이 양의 곡률을 갖는 12면 탄소 나노구로 만들어진 표면을 만듭니다. 이 재료는 -624°C에서 20mAh/g의 가역 용량(많은 사이클 후 배터리 용량 측정)을 가지고 있으며 이는 실온 에너지 용량의 85.9%에 해당합니다. -35°C에서도 가역 용량은 160사이클 후에도 200mAh/g으로 유지되었습니다.

리튬 이온 배터리의 적용 범위 확장

연구원들의 계산에 따르면 새로 울퉁불퉁한 표면은 사실상 동일 평면에 있지 않은 sp를 차지하는 전하의 국부적 축적 덕분에 저온에서 리튬 이온 양극의 느린 동작을 깨우는 것으로 나타났습니다.2 하이브리드 오비탈. 이렇게 누적된 전하는 전하이동 과정을 용이하게 합니다.

"이 작업은 저온에서 리튬 이온 배터리의 응용 범위를 확장할 수 있습니다."라고 Wang은 말합니다. "이론적 관점에서 아이디어는 Li의 저온 성능 사이의 다리를 구축하는 것입니다.+ 첨단 전극 재료에 대한 새로운 연구 길을 열 수 있는 전자 구조를 통한 저장 및 기하학 물리 세계.

연구원들은 새로운 양극이 최적화되지 않았으며 아직 해결해야 할 많은 미지의 사항이 있음을 인정합니다. "물론 우리는 이 작업의 실용성을 더욱 확장하기 위해 다른 실험실의 협력을 찾고 있습니다."라고 Wang은 말합니다.

그들은 그들의 연구를 자세히 설명합니다. ACS 센트 과학.

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