블로그

Aug 26, 2023

연구원들은 그래피네(Graphne)를 보여줍니다.

프랑스와 네덜란드 연구원들은 고체 리튬 금속 배터리의 그래핀과 그래핀 표면 모두 리튬 삽입을 효과적으로 허용하면서 다른 것을 방지한다는 것을 보여주었습니다.

프랑스와 네덜란드 연구원들은 고체 리튬 금속 배터리의 그래핀과 그래핀 표면이 모두 Li 삽입을 효과적으로 허용하는 동시에 다른 전해질 분자가 전극에 도달하는 것을 방지한다는 사실을 보여주었습니다. 그들의 작업에 관한 논문은 Journal of Power Sources에 게재되었습니다.

전고체 전해질은 리튬-금속 양극과 결합하면 전고체 배터리의 성능에 기술적 혁신을 가져올 수 있다. 그러나 리튬-금속 양극을 사용하면 수상돌기 성장, 계면 전기화학적 안정성, 균열 형성 및 전파, 전극/전해질 계면 박리 등 여러 가지 문제가 발생합니다.

이 연구는 1원리 계산, 너지 탄성 밴드 방법 및 고전적 분자 역학 시뮬레이션을 통해 고체 고분자 전해질 배터리의 전극 보호를 위해 새로 합성된 2D 그래핀 기반 멤브레인(즉, 그래핀, 그래프디인 및 그래프트린)을 사용하는 효과를 탐색하는 것을 목표로 합니다. .

특히, 우리는 앞서 언급한 문제를 완화하는 데 있어 이러한 멤브레인의 효과를 조사하는 것을 목표로 합니다.

연구진은 Li+ 및 Na+와 같은 작은 양이온이 투과할 수 있는 그래핀-n(n = 1, 2, 3) 층으로 전극을 코팅하여 전해질과 전극 사이의 직접적인 접촉을 방지하는 대체 솔루션을 제안했습니다.

Graphyne(n=1), graphdiyne(n=2) 및 graphtriyne(n=3)은 아세틸렌 결합(sp-)과 벤젠(방향족 고리)(sp-혼성화된 탄소 원자)로 구성된 2D 탄소 동소체입니다. 그래핀은 원자 1개 두께의 평면 시트입니다. 2010년부터 합성된 Graphdiyne은 디아세틸렌 결합을 포함하는 가장 안정적인 비천연 탄소 동소체입니다. 그래피네, 그라프디인, 그라프트리인 각각 3.94 Å, 5.42 Å, 6.69 Å 크기의 삼각형 기공과 공액 탄소를 포함하는 다공성 구조로 인해 그래피네-n은 Li+와 같은 작은 이온에 대한 저장 위치와 확산 경로를 제공합니다.

따라서 Li+는 그래핀-n 층에 평행 및 수직 방향으로 확산될 수 있어 그래핀-n은 에너지 저장 배터리에서 유망한 2D 재료가 됩니다.

연구된 배터리 모델은 두 개의 그래핀-n 표면으로 구분된 고체 고분자 전해질(SPE)로 구성되었으며, 각 표면은 n=1, 2 또는 3인 그래핀-n 시트의 4개 층으로 구성됩니다.

연구진은 이온 확산 과정을 가속화하기 위해 최대 0.5V/Å, 0.75V/Å, 1V/Å의 높은 외부 전기장을 적용했습니다. 그래핀 기반 표면에서 단일 리튬의 흡착 에너지, 전하 이동 및 면내/면외 확산을 조사했습니다. 이후 연구진은 리튬 투과도, 전해질 분자의 거부 효율, 그래핀 기반 나노다공성 분리막의 고유 특성을 계산해 비교했다.

자원

Mohammed Lemaalem, Nabil Khossossi, Gaelle Bouder, Poulumi Dey, Philippe Carbonnière (2023) "리튬 배터리 전극 보호를 위한 유망한 후보로서의 그래핀 기반 멤브레인: 원자 시뮬레이션으로부터의 통찰력," Journal of Power Sources, Volume 581 doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

2023년 8월 20일에 게시됨: 배터리, 리튬 금속, 시장 배경, 재료 | 영구링크 | 댓글 (0)