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하이브리드와 전기 자동차 배터리....

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하이브리드와 순수 전기 자동차에서 일반적으로 이용된 배터리의 새로운 연구는 현재 길 위에 움직이고 있는 자동차 내부 배터리의 성능을 제한할 수 있는 기대하지 않은 성분을 찾아냈다.

오하이오 주립대학 연구원들은 중고 자동차 배터리를 시험하고 초과된 시간 동안 리튬이 전극과 자동차의 전기 시스템 사이 전자 이동을 촉진하는 구리 시트인 전류 수집기에서 배터리 전극들을 지나 모이는 현상을 발견했다. 이 지식은 배터리의 디자인과 성능을 개선하는데 도움을 줄 것이라고 오하이오 대학 기계공학과 교수인 Bharat Bhushan이 설명했다. 연구원들의 연구는 구리 전류 수집기가 배터리의 성능에서 하나의 역할을 하는 것을 보였다.

scripta Materialia 저널 최근호에 보고된 이 연구는 Bhushan 교수와 오하이오 대학에 본부를 둔 에너지 응용을 위한 통합 재료 국립 과학 기초 센터의 센터장이며 재료공학과 교수인 Suresh Babu가 함께 연구하는 주제들을 반영하였다.

리튬 이온 배터리는 대부분 하이브리드 전기 자동차와 순수 전기 자동차 내에 사용된 충전 가능한 배터리이다. 내부의 리튬 이온들은 배터리가 충전될 때, 양극 쪽으로 배터리가 방전될 때는 음극 쪽으로 배터리의 양극과 음극 사이에서 앞 뒤로 이동한다.

연구원들은 배터리의 노화 동안, 전용 리튬이 영구적으로 양극의 표면 상에 쌓이고 배터리는 전하 용량을 잃어버린다는 것을 이미 발견했었다. 최근의 연구는 리튬이 구리 전류 수집기 상에 만들어지도록 양극을 통해 이동한다는 것을 확인했다.

연구원들은 전류 수집기에서 리튬을 찾을 수 없었지만, 리튬을 우연히 발견했고 어떻게 이 미스터리와 같은 일이 일어나는지 밝힐 수 있었다. 지금까지, 아무도 전류 수집기 내부에서 이동하는 활성화 리튬을 발견하지 못했다.

오하이오 주립 대학의 박사후 연구원인 Shrikant Nagpure는 박사 학위 연구의 한 부분으로 이 연구를 수행했다. 그는 동료인 Yann Guezennec과 Giorgio Rizzoni가 자동차 산업체와의 협동 연구에서 수 년 동안 배터리 노화를 연구한 자동차 연구를 위한 대학 센터와 함께 공동으로 노화된 배터리들을 시험했다.

현재 수집기 내 리튬의 발견은 물질 내 불순물을 위한 기구인 뉴트론 깊이 분석 (NDP)이라고 불리는 기술의 전문가이며 국립 표준 기술 연구소의 연구 화학자들인 Gregory Downing과 오하이오 주립 대학 연구팀 사이의 공동 연구에서 이뤄졌다.

연구원들은 이미 연구실에서 노화된 5개의 배터리와 한 개의 새 배터리 등 여섯 개의 재고 리튬 이온 자동차 배터리들의 음극과 양극을 연구하기 위해 NDP를 이용했고 초과 시간 동안 리튬이 양극 표면 상에 쌓인 것을 발견했다. 어떻게 배터리의 성능이 저하되는지에 관한 더 자세히 알기 위해, Bhushan과 그의 동료들은 다른 기술들을 가지고 밀리터리에서 나노미터까지 다양한 크기 영역에서 이 배터리들을 더 연구해 왔다.

NDP 기술에서, 연구원들은 물질을 통해 뉴트론을 투과시키고 전극 내에서 뉴트론과 리튬 사이 분열 작용으로부터 나타난 전하된 입자들을 포획했다. 다른 화학 원소들이 특별한 에너지를 방출하기 때문에, NDP는 물질 내에서 불순물의 존재를 확인할 수 있다.

이 최근의 연구에서, NDP는 노화된 배터리들 중 하나에서 구리 전류 수집기 내 리튬의 존재를 감지했다. 이 검출은 수집기에 수집된 리튬 원자의 수와 수집기 내 구리 원자의 수의 비율로 측정된다. 이 시험에서 0.08 퍼센트까지, 즉, 수집기 내 1250개의 구리 원자당 약 하나의 리튬 원자인 비율을 얻었다.

이것은 적은 수이지만 전류 수집기의 전기 성능에 아무래도 영향을 끼칠 수 있을 만큼 충분히 크고 결국, 배터리 성능에 많은 영향을 끼치게 된다. Bhushan은 배터리 제조업자들이 이 현상을 더 자세히 조사할 것이고 전극 물질이 새어나오는 리튬을 막을 수 있는 새로운 물질을 디자인하기 위해 이 정보를 이용할 것을 기대하고 있다.

향후, 그와 그의 동료들은 나노크기에서 리튬 이온 배터리의 임피던스 혹은 내부 전기 저항을 연구할 계획이다.
[이 게시물은 최고관리자님에 의해 2013-04-04 22:12:03 Free Board에서 이동 됨]

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