뉴 리

층간삽입형 Li-free 전이금속 기반 음극과 Li-금속 양극쌍 전고체 배터리의 개발은 현재 재충전 가능한 리튬이온 기술이 직면한 에너지 밀도 한계를 극복할 수 있는 실행 가능한 대안으로 보입니다. 게다가, 전고체 배터리의 전력 밀도를 제한하는 속도 결정 프로세스는 더 이상 전해질 구성 요소가 아니라 기존의 리튬 함유 산화물 음극/전해질 인터페이스에서 관찰되는 최대 저항에 있다는 점은 주목할 만합니다. 따라서 Li-free 음극은 전고체 배터리의 더 높은 비에너지를 달성하기 위해 Li-금속 양극과 일치할 수 있을 뿐만 아니라, 이들의 부활은 기존 산화물 음극 사이의 화학적 비호환성으로 인해 발생하는 큰 계면 저항을 해결하기 위한 솔루션을 제공합니다. 가장 널리 연구된 황화물 전해질이다.

더 중요한 것은 이러한 재료의 탐색이 리튬 이온 배터리 생산 증가로 인한 원자재 가용성에 대한 우려를 잘 해결한다는 것입니다. 특히, 높은 에너지 밀도와 수명을 나타내는 대규모 에너지 저장 응용 분야(예: 전기 자동차)에 적합한 상업용 음극은 모두 어느 정도 Co 또는 Ni에 의존합니다. 이는 높은 비용, 희소성, 중앙 집중식/변동성 공급망으로 인해 우려됩니다. 따라서 Co와 Ni가 포함되지 않은 Li-Free 양극의 개발 및 상용화는 전고체 배터리와 기존 리튬 이온 배터리 산업 모두에 매우 중요합니다.

최근 상하이 대학의 Siqi Shi 교수는 음극 시스템에서 간과되었던 중요한 전압 조정/위상 안정성 경쟁을 확인했습니다. 그들은 3개의 전압/위상 진화 단계를 포함하는 p형 합금화 전략을 제안했으며, 각 단계의 다양한 경향은 위의 모순을 균형잡기 위해 두 개의 개선된 리간드 필드 설명자에 의해 정량화되었습니다. 이를 바탕으로 새로운 삽입형 Li-free 음극 2H-V1.75Cr0.25S4가 설계되었으며, 이는 전극 수준에서 기존 Li-free 전이금속보다 훨씬 높은 >550 Wh kg-1의 기록적인 에너지 밀도를 갖습니다. 기반 전극(예: TiS2의 경우 ~500Wh kg−1)이며 기존의 Li 함유 산화물 음극과 유사합니다. 동시에, 이러한 음극의 설계는 황화물 전해질과의 경계면에서 Li+ 분포를 원활하게 하여 전고체 배터리에서 기존 산화물 음극의 계면 호환성 문제를 해결했습니다.

이 연구는 전극 설계 및 계면 제어에 대한 학문적, 산업적 관점을 근본적으로 변화시키고 전고체 배터리에 매우 중요한 전자 밴드 구조 엔지니어링을 통해 전고체 리튬 금속 배터리용 황화물 음극을 맞춤화할 수 있는 가능성을 열어줍니다. Co/Ni 자원 부족 문제를 시급히 해결하는 과학 및 음극 화학.