고체를 위한 기독교 도플러 연구실

최근에는 고체 전해질에 대한 연구가 집중적으로 진행되고 있으며, 액체 전해질과 비슷하게 높은 이온 전도도를 갖는 물질이 개발되었습니다. 하지만 마음 속에 있는 목표는 늘 명확했다. 세라믹으로 만든 것과 같은 고체 전해질을 사용하는 배터리는 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬 이온 배터리보다 훨씬 더 높은 에너지 및 전력 밀도를 달성하며 내화성도 있습니다. 오스트리아 그라츠 공과대학교(TU Graz) 소재 화학 및 기술 연구소의 Daniel Rettenwander는 "고체 배터리는 전 지역에 걸친 e-모빌리티를 향한 큰 진전이 될 것"이라고 강조합니다.

그러나 리튬 이온 배터리에 새로 개발된 고체 전해질을 구현하면 연구원이 설명하는 것처럼 큰 문제가 빠르게 드러났습니다. "계면에서 높은 저항이 형성되어 전극 사이의 빠른 이온 이동을 방해하여 상당한 손실을 초래합니다. 대부분의 경우, 원인은 고체 전해질과 전극 재료 사이, 그리고 전해질 입자 자체 사이의 경계면입니다." 2020년 11월 12일 업계 파트너인 AVL과 함께 문을 연 Rettenwander가 이끄는 새로운 전고체 배터리용 기독교 도플러(CD) 연구소는 느려진 이온에 새로운 추진력을 부여하는 것을 목표로 하고 있습니다.

AVL의 경우 이 CD 연구소는 매우 중요합니다. AVL 배터리 부문 책임자인 Volker Hennige는 "혁신적인 드라이브 배터리 개발자로서 이번 연구 결과는 전고체 배터리 기술을 기반으로 한 미래 배터리 모듈 개발에 매우 ​​중요합니다"라고 강조합니다. 이에 AVL은 공공부문과 함께 7년간의 연구사업을 지원하고 있다. 7명의 직원이 근무하는 CD 연구실의 예산은 총 약 200만 유로입니다. 가장 중요한 공공 자금 출처는 연방디지털경제부(BMDW)입니다.

연방 디지털 경제부 장관인 Margarete Schramböck 박사는 다음과 같이 덧붙입니다. "기후 위기와 같은 복잡한 문제에 대한 지속 가능하고 실현 가능한 해결책을 찾는 데는 비즈니스와 과학 간의 협력이 필수적입니다. 특히 사업장이 위치한 오스트리아의 경우 지식 이전이 중요합니다. 기업과 대학 간의 연구 성과를 구체적으로 구현함으로써 국제적으로 경쟁력을 유지할 수 있는 잠재력이 크며, 이에 기독교 전고체전지 연구소가 향후 7년간 이에 대한 경제적이고, 사회적으로 관련성이 높은 주제입니다."

전고체 배터리의 주요 문제점은 다양한 인터페이스에서의 접촉 불균일성입니다. 매우 높은 전류 속도에서는 국부적인 전류 피크가 발생합니다. 이는 리튬 이온이 더 이상 인터페이스에서 균일하게 분포될 충분한 시간이 없음을 의미합니다. 리튬 금속과 고체 전해질 사이에 형성된 계면의 경우, 이는 소위 수상돌기(dendrites)라 불리는 바늘 모양의 구조를 형성하게 되는데, 이는 전해질을 통해 성장하며 최악의 경우 단락 및 발화로 이어진다. 배터리. 충전 및 방전 과정에서 양극 물질의 부피 변화로 인한 접촉 손실과 열역학적 불안정성으로 인한 높은 셀 전압에서 고체 전해질의 전기 화학적 분해는 현재 개발을 방해하는 또 다른 이유입니다. 전고체 배터리.

Rettenwander와 그의 팀은 몇 가지 접근 방식에 중점을 두고 있습니다. "예를 들어 미세 조정된 리튬 수송 특성을 갖는 중간 층을 도입하여 인터페이스의 전류 밀도 분포를 균질화할 수 있습니다. 또한 우리는 펄스 충전 방법과 같은 대체 충전 방법을 테스트하고 싶습니다. 균일한 리튬 증착을 달성하기 위해 직류 대신에."

더 가벼운 전고체 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 세라믹과 폴리머 기반 전해질을 조합하면 무게를 줄이는 동시에 충방전 시 양극재 팽창으로 인한 접촉 손실을 보상할 수 있다. "이것은 두 세계의 최고가 될 것입니다. 세라믹 전해질의 높은 전도성과 열역학적 안정성이 폴리머 기반 전해질의 우수한 기계적 특성과 쉬운 가공성과 결합됩니다. 그러나 이는 결과적으로 세라믹과 폴리머 사이에 새로운 인터페이스를 생성합니다. 구성 요소 사이의 이온 이동을 방지합니다. 이온의 원활한 이동을 위해서는 세라믹과 폴리머 사이의 결합을 개선하는 표면 변형이 필요합니다."라고 Daniel Rettenwander는 설명합니다. 적절한 폴리머를 개발하고 세라믹 재료의 표면을 수정할 때 Rettenwander의 CD 연구소는 TU Graz 동료 Christian Slugovc의 중합에서 유기촉매를 위한 CD 연구소 및 TU Graz 연구원 Gregor Trimmel의 작업 그룹과 협력합니다. 그들은 최근