아르곤 재료 과학자들이 차세대 배터리를 추구합니다

크리스틴 맬리 딘

재충전 배터리 전기 자동차만큼 크거나 휴대전화만큼 작은 전자 장치에서 식기 세척기를 넣는 것만큼 일상적인 활동이 되었습니다. 이러한 장치에 주로 전력을 공급하는 리튬 이온 배터리는 가볍고 비용 효율적입니다. 그러나 본질적으로 가연성이므로 전력 및 그리드 스토리지 수요가 계속 증가함에 따라 안전 및 신뢰성에 대한 우려가 제기됩니다.

미국 에너지부(Department of Energy)의 응용 연구(암사슴) Argonne 국립 연구소는 리튬 이온 배터리를 더 나은 기술로 교체하는 것이 예상보다 빨리 가능할 수 있다고 제안합니다.

리튬 이온 배터리는 배터리를 충전 및 방전하기 위해 여전히 액체 또는 젤이 필요합니다. 그렇기 때문에 오래된 배터리는 때때로 나이가 들면서 누출됩니다. 새롭고 안전한 세대의 배터리는 액체나 젤에 의존하지 않습니다. 대신, 이 고체 상태 배터리는 매우 얇은 고체 필름을 사용하여 전하 생성 부품(음극 및 양극)을 분리하고 배터리를 충전 및 방전할 수 있도록 합니다.

실험실 전체의 화학자들은 수년 동안 고체 배터리 이면의 기초 과학에서 발견을 해왔습니다. 그런 다음 Argonne의 재료 공학 연구 시설의 과학자들(머프) 이러한 발견을 확장하고 시장에 더 가깝게 가져옵니다.

"고체 상태 배터리는 더 많은 에너지를 저장하고, 더 안전하며, 더 적은 공간을 차지할 수 있습니다."당사가 개발 중인 제조 공정 및 기술 머프 현재 사용되는 것보다 빠른 처리, 무압력 소결, 대규모 균일성 및 더 높은 밀도와 같은 특정 이점이 있습니다."

"솔리드 스테이트 배터리는 더 많은 에너지를 저장하고 더 안전하며 더 적은 공간을 차지할 수 있습니다.” —Jessica Durham, 재료 과학자

배터리 제조에 있어 속도와 균일성의 가치는 간단하며 밀도가 높을수록 배터리를 사용할 수 있는 기간이 향상됩니다. 소결 공정을 개선하는 것이 이러한 모든 이점을 실현하는 열쇠입니다.

소결은 더 나은 배터리로 가는 다리가 될 수 있습니다.

소결은 분말 재료가 구멍이나 기공 없이 서서히 고체 재료로 형성될 때까지 가열하는 것을 포함합니다. 이 공정은 양극과 음극을 분리하는 얇은 재료가 제조, 조립 및 작동 중 취급을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강하고 밀도가 높아야 하기 때문에 고체 배터리에서 중요합니다. 또한 고성능을 제공해야 합니다. 즉, 배터리는 빠른 충전이 가능하고 전기가 잘 통하며 오래 지속되어야 합니다.

소결 과정을 개선함으로써 Argonne의 과학자들은 오늘날 일반적으로 사용되는 흑연 재료를 리튬 금속으로 대체할 수도 있습니다. 이 교체는 배터리의 에너지 밀도를 두 배로 하여 동일한 크기의 배터리가 두 배의 에너지를 저장할 수 있음을 의미합니다.

Argonne은 과학을 작동시킵니다.

의미 있는 산업적 규모와 저렴한 비용으로 이러한 고체 배터리 재료를 생성하는 프로세스와 기술을 테스트하고 개선하는 것은 머프의 특기. 현재 아무도 전통적인 리튬 이온 배터리와 가격 경쟁력이 있는 전고체 배터리를 생산하지 않습니다.

"새로운 재료가 산업계에서 채택되기 위해서는 이를 만드는 프로세스가 현재 진행 중인 작업에 비해 비용 경쟁력이 있어야 하며 재료는 현재 시장에서 재료보다 상당한 이점이 있어야 합니다.”라고 Durham이 설명했습니다."에서 머프, 우리는 재료의 성능을 희생하지 않으면서 값비싼 부품을 교체하고, 에너지 소비를 낮추고, 낭비를 줄이며, 가공 조건을 개선함으로써 새로운 재료를 만들기 위한 비용 효율적인 프로세스를 개발합니다. 에서 이 연구를 수행 머프 Argonne 과학자들은 기술의 위험을 줄이고 업계에 바로 사용할 수 있는 확장된 프로세스를 제공할 수 있습니다."

Argonne은 배터리용 고체 전해질 재료의 규모를 조정하기 위해 노력하는 미국 국립 연구소 중 하나입니다. 이는 산업 제조 분야에서 미국의 경쟁력에 중요한 복잡한 재료 및 화학 공정을 확장하려는 지속적인 노력의 일환으로 수행됩니다. NS 28,000-제곱피트 머프 최신 기술을 사용하여 기업이 고급 응용 프로그램을 위한 새롭고 새로운 재료를 만드는 데 도움이 되는 입증된 실적을 통해 Argonne이 이러한 노력을 발전시키는 데 중요한 역할을 했습니다.

"Argonne은 새로운 기술이나 재료의 위험을 줄이는 데 도움을 줄 수 있기 때문에 업계의 중요한 파트너입니다.”라고 Durham이 말했습니다."산업을 위해 이러한 위험을 제거하면 제품을 더 빨리 상용화할 수 있으므로 귀중한 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 이것이 아르곤 연구원들이 과학을 작동시키는 방식입니다.”

Argonne의 배터리 연구는 종종 부분적으로 다음에서 자금을 지원받습니다. 암사슴's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy(에레), 차량 기술 사무소. 자세한 내용은 다음으로 문의하십시오. 제시카 더럼.

에레의 임무는 늦어도 XNUMX년까지 미국을 경제 전반에 걸쳐 온실 가스 배출량 제로로 공평하게 전환하기 위한 기술 및 솔루션의 연구, 개발, 시연 및 배포를 가속화하는 것입니다. 2050, 그리고 청정 에너지 경제가 모든 미국인에게 혜택을 주어 미국인, 특히 에너지 전환으로 영향을 받는 근로자와 지역 사회, 그리고 역사적으로 에너지 시스템의 혜택을 받지 못하고 오염으로 과중한 짐을 지고 있는 사람들을 위해 좋은 급여를 받는 일자리를 창출하도록 보장합니다.

아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory) 과학 기술의 국가 문제를 해결하기위한 해결책을 모색합니다 국내 최초의 국립 연구소 인 Argonne은 거의 모든 과학 분야에서 최첨단 기본 및 응용 과학 연구를 수행합니다. 아르곤 연구자들은 수백 개의 회사, 대학, 연방, 주 및 시립 기관의 연구자들과 긴밀히 협력하여 특정 문제를 해결하고 미국의 과학적 리더십을 발전 시키며 더 나은 미래를 위해 국가를 준비하도록 돕습니다. 이상의 직원들과 60 국가, Argonne에 의해 관리 U시카고 아르곤, LLC 위한 미국 에너지부 과학국.

미국 에너지 부 과학실 미국 물리학 기초 연구의 가장 큰 단일 후원자이며 우리 시대의 가장 시급한 과제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 자세한 내용은 다음을 방문하십시오. https://energy.gov/science.

기사 제공 미국 에너지부(암사슴) 아르곤 국립 연구소.

이미지 제공 : 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory).

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