결정질 구조를 구부려서 고체 에너지 재료를 제공합니다.

유연한 결정 구조는 고체 에너지 재료를 제공합니다. Duke University의 연구진과 공동 연구자들은 은빛 아가로디트(argyrodite)라는 화합물 종류를 고체 배터리 전해질과 열전 에너지 변환기 모두에 대한 매력적인 후보로 만드는 원자 메커니즘을 발견했습니다.

발견과 이를 만드는 데 사용된 기계 학습 접근 방식은 가정용 배터리 벽 및 고속 충전 전기 자동차와 같은 응용 분야를 위한 에너지 저장의 새로운 시대를 여는 데 도움이 될 수 있습니다.

이번 연구 결과는 5월 18일 Nature Materials 저널에 온라인으로 게재되었습니다.

Duke 대학의 기계 공학 및 재료 과학 부교수인 Olivier Delaire는 "이것은 재료의 각 구성 요소가 얼마나 크고 복잡하기 때문에 이전에는 풀 수 없었던 퍼즐입니다."라고 말했습니다. "우리는 이 모든 종류의 재료가 전고체 배터리 혁신 분야에서 뜨거운 주제가 되도록 하는 원자 수준의 메커니즘을 밝혀냈습니다."

세계가 재생 가능 에너지를 기반으로 하는 미래를 향해 나아가면서, 연구자들은 에너지를 가정과 전기 자동차에 저장하고 분배하기 위한 새로운 기술을 개발해야 합니다. 지금까지의 표준은 액체 전해질을 포함하는 리튬 이온 배터리였지만 상대적으로 낮은 효율성과 액체 전해질의 친화력으로 인해 때때로 불이 붙거나 폭발할 수 있다는 점을 고려하면 이상적인 솔루션과는 거리가 멀습니다.

"우리는 이 모든 종류의 재료가 전고체 배터리 혁신 분야에서 뜨거운 주제가 되도록 하는 원자 수준의 메커니즘을 밝혀냈습니다."

올리비에 딜레어

이러한 제한은 주로 리튬 이온이 전극 사이에서 상대적으로 방해받지 않고 이동할 수 있도록 하는 리튬 이온 배터리 내부의 화학적 반응성 액체 전해질에서 비롯됩니다. 전하를 이동시키는 데에는 적합하지만 액체 성분은 전하를 고온에 민감하게 만들어 열화를 일으키고 궁극적으로 폭주하는 열 재앙을 초래할 수 있습니다.

결정질 구조를 구부려 고체 에너지 재료를 제공: 많은 공공 및 민간 연구소에서는 다양한 재료를 사용하여 대체 고체 배터리를 개발하기 위해 많은 시간과 돈을 투자하고 있습니다. 올바르게 엔지니어링된 경우 이 접근 방식은 적어도 이론상으로는 더 높은 에너지 밀도를 갖춘 훨씬 더 안전하고 안정적인 장치를 제공합니다.

고체 배터리에 대한 상업적으로 실행 가능한 접근 방식을 아직 발견한 사람은 없지만, 주요 경쟁자 중 하나는 은 함유 광물의 이름을 딴 아가로다이트라는 화합물 종류에 의존하고 있습니다. 이 화합물은 세 번째 요소가 화학 구조에서 자유롭게 이동할 수 있는 두 요소로 구성된 구체적이고 안정적인 결정 구조로 구성됩니다. 은, 게르마늄, 유황과 같은 일부 제조법은 자연적으로 발생하지만 일반적인 프레임워크는 연구자가 다양한 조합을 만들 수 있을 만큼 충분히 유연합니다.

"모든 전기 자동차 제조업체는 새로운 전고체 배터리 설계로 전환하려고 노력하고 있지만 어느 회사도 어떤 구성에 투자하고 있는지 공개하지 않습니다."라고 Delaire는 말했습니다. "자동차가 더 빨리 충전되고, 더 오래 지속되며, 동시에 더 안전할 수 있기 때문에 경주에서 승리하는 것은 게임 체인저가 될 것입니다."

새로운 논문에서 Delaire와 그의 동료들은 은, 주석, 셀레늄(Ag8SnSe6)으로 만들어진 하나의 유망한 후보를 살펴봅니다. 중성자와 엑스레이의 조합을 사용하여 연구원들은 매우 빠르게 움직이는 입자를 Ag8SnSe6 샘플 내의 원자에서 반사시켜 분자 거동을 실시간으로 밝혀냈습니다. Delaire 연구실의 전 박사후 연구원이자 현재 인도 Bhabha 원자 연구 센터의 연구원인 팀원 Mayanak Gupta도 데이터를 이해하기 위한 기계 학습 접근 방식을 개발하고 제1원리를 사용하여 관찰과 일치하는 계산 모델을 만들었습니다. 양자 역학 시뮬레이션.

"모든 전기 자동차 제조업체는 새로운 전고체 배터리 설계로 전환하려고 노력하고 있지만 어느 회사도 어떤 구성에 베팅하고 있는지 공개하지 않습니다. 자동차가 더 빨리 충전하고 더 오래 지속되며 더 안전할 수 있기 때문에 해당 경주에서 승리하는 것은 게임 체인저가 될 것입니다. 한꺼번에."