SEI (6) 썸네일형 리스트형 듀얼 이온 배터리의 음이온 삽입 반응 효율 향상 기술 듀얼 이온 배터리의 비대칭 충방전 메커니즘과 동역학적 특성듀얼 이온 배터리(Dual-Ion Battery, DIB)는 기존의 로킹 체어(rocking chair) 메커니즘과는 근본적으로 다른 작동 원리를 갖습니다. 충전 과정에서 음극에는 양이온(주로 Li⁺)이 삽입되는 반면, 양극에는 음이온(ClO₄⁻, PF₆⁻, TFSI⁻ 등)이 삽입되는 독특한 구조를 보입니다. 이러한 비대칭적 이온 저장 방식은 전해질의 양이온과 음이온을 모두 활용할 수 있어 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 음이온 삽입 반응의 동역학은 양이온 삽입과 비교해 현저히 다른 특성을 보입니다. 대부분의 음이온들은 양이온보다 훨씬 큰 이온 반경을 가지므로 호스트 재료의 격자 구조 내에서의 확산이 제한적입니다. 예.. 칼슘이온 배터리의 전해질 선택과 계면 호환성 개선 방안 잠들어 있던 거인의 각성: 칼슘이온 배터리의 부상2017년 어느 여름날, 일본 국립물질과학연구소(NIMS)의 한 연구실에서 작은 기적이 일어났다. 10년간 실온에서 충방전이 불가능하다고 여겨져 온 칼슘이온 배터리가 마침내 작동한 것이다. 연구진이 유기 전해질을 바꿔가며 수백 번의 실험을 반복한 끝에 얻은 성과였다. 왜 하필 칼슘일까? 답은 간단하다. 지구 상에서 다섯 번째로 풍부한 원소이면서도 리튬의 모든 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가졌기 때문이다. 칼슘은 바닷물에 400ppm이나 들어있어 사실상 무한 공급이 가능하고, 가격은 리튬의 1/100 수준이다. 더 놀라운 건 이론 용량이다. Ca²⁺는 2개의 전자를 주고받을 수 있어 같은 부피에서 리튬의 2배 에너지를 저장할 수 있다. 하지만 현실은 녹록.. 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.. 급속충전 시 리튬 덴드라이트 형성 방지를 위한 충전 알고리즘 최적화 리튬 덴드라이트 형성 메커니즘과 급속충전 시 위험성 분석리튬 덴드라이트는 충전 과정에서 음극 표면에 수지상(樹枝狀)으로 성장하는 리튬금속 결정체로, 전기화학적 석출과 확산 제한 응집(diffusion limited aggregation) 메커니즘에 의해 형성된다. 덴드라이트 형성의 근본적인 원인은 리튬이온의 불균일한 석출로, 음극 표면의 국부적인 전류밀도 차이가 핵생성 속도의 차이를 만들어낸다. 전류밀도가 높은 지점에서는 리튬이온의 환원 속도가 표면 확산 속도를 초과하여 3차원적 핵성장이 시작되며, 이렇게 형성된 초기 핵은 더 높은 국부 전기장을 형성하여 추가적인 리튬 석출을 촉진한다. 이러한 양의 피드백 메커니즘으로 인해 덴드라이트는 가속적으로 성장하게 된다. 덴드라이트 성장 속도는 Sand's tim.. 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
