HOME > Community > Gallery

전기자동차에 사용되어 리튬-이온 ....

목록
글쓴이 최고관리자 등록일 15-03-20 14:23
조회 614

    캘리포니아 리버사이드 대학 Bourns 공과대학의 과학자들은 리튬-이온 전지에 사용될 수 있는, 스펀지와 같은 실리콘 나노섬유를 포함하는 새로운 재료를 개발하였다. 종이와 같은 이 재료는 사람의 머리카락 보다 100배 가늘고 리튬-이온 전지의 무게 당 공급될 수 있는 에너지 양 혹은 비에너지(specific energy)를 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 가장 최근의 혁신적인 결과는 개인 전자제품 및 전기자동차에 사용되는 전지를 포함하여 많은 분야에 응용될 수 있는 잠재성을 가지고 있다. 

    이 연구 결과는 네이처 과학 잡지에 기계공학과 Cengiz S. Ozkan 교수, 전기 및 컴퓨터 공학과 Mihri Ozkan 교수와 대학원생 Rachel Ye, Zach Favors, Kazi Ahmed, Hamed Hosseini Bay, Robert Ionescu, 및 Zafer Mutlu가 “크게 확장할 수 있는 이음새가 없는 전극: 전기방사된 이산화실리콘 나노섬유의 마그네슘 환원을 통한 코팅된 실리콘 나노섬유 종이(Towards Scalable Binderless Electrodes: Carbon Coated Silicon Nanofiber Paper via Mg Reduction of Electrospun SiO2 Nanofibers)”라는 제목으로 논문을 게재하였다. 연구원들은 나노섬유를 전기방사법으로 만들었으며 이때 20,000~40,000 전압이 노즐과 회전 드럼 사이에 적용되었다. 노즐은 주로 반도체 산업에 종종 사용되는 일종의 화학물질인 tetraethyl orthosilicate (TEOS)를 포함하는 용액을 방사하였다. 그리고서 나노섬유들은 실리콘 섬유 구조를 만들기 위해 마그네슘 증기에 노출되었다.

    리튬-이온 전지 음극들은 전통적으로 구리 호일을 사용하고 고분자 결합제와 전도성 첨가제인 그래파이트 혼합물로 코팅하여 개발되었다. 그래파이트의 성능이 실제적으로 알려져 있기 때문에 과학자들은 실리콘과 같은 다른 재료들의 성능을 조사하고 있는데 이들은 그래파이트의 비용량 보다 거의 10배 큰 비용량 혹은 전지의 단위 무게당 우수한 전하를 보인다. 그러나 실리콘은 상당한 부피 팽창을 가지며 이는 전지를 빠르게 퇴화시킨다. 연구자들이 개발한 스펀지와 같은 실리콘 섬유 구조는 이러한 문제를 해결하여 전지가 어떠한 심각한 퇴화 없이 오래 사용될 수 있게 해준다. 또한, 이러한 기술은 자유롭게 전지가 사용될 수 있도록 크게 만들어 사용할 수 있게 해준다.

    실리콘 나노와이어 혹은 탄소 나노튜브와 같이 화학증착을 사용하여 성장한 이음새가 없는 재료들은 단지 소량으로 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고 전기방사법은 단 한 번으로 몇 그램의 실리콘 나노섬유를 성공적으로 제조할 수 있다. 금속 전류 수집기와 비활성인 고분자 결합제의 사용을 하지 않고 에너지 밀도가 높은 재료인 실리콘으로 전환하는 것에 의해 전기 자동차에 사용할 수 있는 정도로 크게 성능을 향상시킬 수 있다. 과학자들은 실리콘 나노섬유들을 주머니 전지 형식을 가지는 리튬-이온 전지 내에 통합할 계획을 가지고 있는데 이는 휴대용 전자장비 및 전기 자동차에 활용될 수 있는 보다 큰 규모의 전지 형식이다. 관련된 연구결과에 대한 특허가 등록되었으며 이 연구는 Temiz Energy Technologies가 지원하였다.

    Comments