X-선 현미경으로 살펴보는 배터리 혁신: 지속 가능한 에너지 저장의 비밀
Seoul최근 배터리 기술의 발전 덕분에, 첨단 X-ray 현미경 기법을 활용한 에너지 저장이 개선되고 있습니다. 과학자들은 리튬 이온 배터리의 용량을 늘리기 위해 배터리 양극재로 사용되는 층상 리튬 풍부 전이 금속 산화물(LRTMO)에 주목하고 있습니다. 이러한 재료는 높은 에너지를 제공할 잠재력이 있지만, 여러 번의 충전 주기를 거치면 급격히 열화되는 경향이 있습니다. 중국 다양한 기관의 연구자들과 BESSY II의 X-ray 현미경 전문가들은 이 빠른 노화를 초래하는 구조적, 화학적 변화를 연구하고 있습니다.
BESSY II 연구팀은 배터리 소재의 미세한 구성을 자세히 살펴보기 위해 투과 X-선 현미경 (TXM)이라는 특별한 도구를 활용하고 있습니다. 이 혁신적인 방법은 그들에게 깊이 있는 탐구를 가능하게 합니다.
3D 단층 촬영과 나노 스펙트로스코피 기술로 소재를 분석합니다. 나노미터 규모에서 국소적인 격자 왜곡과 상전이를 시각화할 수 있습니다. 또한, 원소별 에너지 수준 이미징을 통해 구조를 4차원적으로 제공합니다.
새로운 기술들은 리튬 이온 배터리를 미세한 수준에서 이해하는 방식을 변화시키고 있습니다. 피터 굿트만 박사의 X선 연구와 다른 정밀 테스트가 결합되어 중요한 정보를 제공합니다. 천천히 충전할 경우 원치 않는 변화와 산소 손실이 발생하는 반면, 빠르게 충전하면 구조적 변화와 리튬 이온의 불균일한 분포가 나타납니다. 배터리의 이러한 변화에 대한 세밀한 분석은 연구자들이 더 오래 지속되고 성능이 향상된 배터리를 설계하는 데 도움을 줍니다.
이 연구는 학문적 이유만으로 중요한 것이 아닙니다. 전 세계적으로 효율적인 에너지 저장의 필요성이 증가함에 따라, 산업계는 내구성과 수명성이 긴 배터리를 찾고 있습니다. 이 과정에서 LRTMO의 구조적 및 화학적 특성을 이해함으로써 결국 많은 충전 주기에도 안정성을 유지하는 양극을 제조할 수 있습니다. 이는 전기차, 휴대용 전자 기기, 재생 가능한 에너지 저장 시스템용으로 더욱 내구성 높은 배터리를 개발하는 데 기여할 수 있습니다.
이 연구는 배터리의 충전 및 방전 과정에서 재료가 어떻게 실시간으로 행동하는지를 분석하는 중요성을 강조합니다. 과학자들은 X-ray 현미경을 사용하여 문제를 식별하고 해결책을 만듭니다. 이 작업은 배터리를 더 강하고 효율적으로 만들며 지속 가능한 에너지에 필수적인 역할을 하는 것을 목표로 합니다.
연구는 여기에서 발표되었습니다:
http://dx.doi.org/10.1038/s41565-024-01773-4및 그 공식 인용 - 저자 및 저널 포함 - 다음과 같습니다
Zhimeng Liu, Yuqiang Zeng, Junyang Tan, Hailong Wang, Yudong Zhu, Xin Geng, Peter Guttmann, Xu Hou, Yang Yang, Yunkai Xu, Peter Cloetens, Dong Zhou, Yinping Wei, Jun Lu, Jie Li, Bilu Liu, Martin Winter, Robert Kostecki, Yuanjing Lin, Xin He. Revealing the degradation pathways of layered Li-rich oxide cathodes. Nature Nanotechnology, 2024; DOI: 10.1038/s41565-024-01773-4
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