배터리 (6) 썸네일형 리스트형 고용량 리튬메탈 음극의 계면 안정화를 위한 인공 보호층 설계 리튬메탈 음극의 특성과 계면 불안정성 메커니즘리튬메탈은 가장 낮은 전기화학 전위(-3.04V vs SHE)와 최고의 이론 비용량(3860mAh/g)을 가진 궁극의 음극재료이다. 리튬의 밀도는 0.534g/cm³로 매우 낮아 부피 용량(2061mAh/cm³)도 실리콘(8334mAh/cm³)보다 낮지만, 전지 시스템 전체로 보면 집전체와 바인더가 불필요하여 실제 에너지밀도는 훨씬 높다. 기존 흑연 음극(372mAh/g) 대비 10배 이상의 용량으로, 500Wh/kg 이상의 고에너지밀도 배터리 구현이 가능하다. 또한 리튬메탈 음극을 사용하면 Li-S(2600Wh/kg), Li-air(11400Wh/kg) 등 차세대 배터리 시스템의 구현이 가능하여 전기항공기, 장거리 전기차 등의 응용이 열린다. 하지만 리튬메탈.. 배터리 재활용에서 리튬 회수율 향상을 위한 선택적 용해 기술 폐배터리 조성 분석과 리튬 회수의 기술적 과제폐 리튬이온 배터리는 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등 고부가가치 금속을 다량 함유하고 있어 도시 광산으로 불린다. 전형적인 NCM811 배터리에서 리튬 함량은 배터리 중량의 1.2-1.5%로, 이는 천연 리튬광석(spodumene, 0.4-0.7% Li₂O)보다 2-3배 높은 농도이다. 하지만 리튬은 가장 가벼운 알칼리 금속(원자량 6.94)으로 다른 전이금속들(Co: 58.93, Ni: 58.69, Mn: 54.94)에 비해 경제적 가치가 상대적으로 낮아 회수 우선순위에서 밀리는 경우가 많았다. 그러나 최근 리튬 가격 급등(2021년 톤당 1만달러 → 2022년 8만달러)과 공급망 불안정으로 리튬 회수의 경제성이 크게 향상되었다. 폐배터리 내 리튬의 존재 형.. 리튬이온 배터리 잔존수명(SOH) 예측을 위한 머신러닝 모델 개발 SOH 정의와 배터리 노화 메커니즘 분석배터리 건강상태(SOH, State of Health)는 배터리의 현재 성능을 초기 성능 대비 백분율로 나타낸 지표로, 일반적으로 용량 유지율로 정의된다. SOH = (Current Capacity / Initial Capacity) × 100%로 표현되며, 새 배터리는 100%, 사용 종료 기준인 80%까지 감소하는 과정을 추적한다. 하지만 용량뿐만 아니라 내부저항 증가, 출력 성능 저하도 SOH 평가에 포함될 수 있어, SOH_capacity = Qnow/Qnominal, SOH_power = Pnow/Pnominal, SOH_resistance = Rinitial/Rnow 등 다차원적 정의가 사용된다. 실제 응용에서는 용량 기준 SOH가 가장 널리 사용되며, .. 고전압 양극재의 전해액 산화 억제 기술 LNMO 스피넬 구조와 5V급 고전압 특성 분석LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄(LNMO)는 스피넬 구조를 갖는 고전압 양극재로, 4.7V vs Li/Li⁺의 높은 작동 전압에서 약 130-140mAh/g의 용량을 제공한다. 이 소재의 결정구조는 Fd3m 공간군의 입방정계 스피넬 구조로, 리튬이온이 8a 사이트(사면체 배위), 전이금속이 16d 사이트(팔면체 배위), 산소가 32e 사이트에 위치한다. LNMO의 격자 상수는 약 8.17Å이며, 이는 전통적인 LiMn₂O₄ 스피넬(8.25Å)보다 작아 더 치밀한 구조를 형성한다. 이러한 구조적 특징으로 인해 LNMO는 우수한 구조 안정성과 높은 에너지밀도를 동시에 구현할 수 있다. LNMO에서 전기화학 반응은 주로 니켈의 Ni²⁺/Ni⁴⁺ 산화환원 쌍에 의해 진행.. 리튬이온 배터리 전해액 첨가제의 기능별 분류와 최적 농도 설정 SEI 층 형성 첨가제와 음극 계면 안정화 메커니즘SEI(Solid Electrolyte Interphase) 층 형성 첨가제는 리튬이온 배터리 전해액에서 가장 중요한 역할을 담당하는 첨가제 그룹이다. 이들 첨가제는 주로 비닐렌 카보네이트(VC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 에틸렌 설파이트(ES) 등이 있으며, 각각 고유한 SEI 형성 메커니즘을 가진다. VC는 약 1.37V vs Li/Li⁺에서 환원되어 폴리(VC)와 같은 중합체를 형성하며, 이는 기존 EC 분해 산물보다 더 안정하고 균일한 SEI 층을 만든다. VC 첨가제의 최적 농도는 일반적으로 1-5wt% 범위이며, 2wt% 농도에서 가장 우수한 성능을 보인다. FEC는 VC보다 더 낮은 전위인 1.2V에서 환원되기 시작하여 LiF가 풍.. 리튬이온 배터리 SEI 층 형성 메커니즘과 최적화 SEI 층의 기본 구조와 전기화학적 특성리튬이온 배터리에서 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 층은 음극 표면에 형성되는 얇은 보호막으로, 배터리의 성능과 수명을 결정하는 핵심 요소이다. SEI 층은 전해액과 음극재료 간의 전기화학적 반응에 의해 자발적으로 생성되는 passivation layer로, 두께는 일반적으로 수 나노미터에서 수십 나노미터 범위에 형성된다. 이 층의 가장 중요한 특성은 리튬이온은 통과시키지만 전자는 차단하는 선택적 투과성을 갖는다는 점이다. SEI 층의 구조는 크게 내층과 외층으로 구분된다. 내층은 주로 LiF, Li2O와 같은 무기 화합물로 구성되어 높은 기계적 강도와 화학적 안정성을 제공한다. 반면 외층은 Li2CO3, ROCO2Li와 같은 유기 화합.. 이전 1 다음
