Boffins, 나트륨 이온 배터리 안정성 미스터리 조사 • The Register

Jul 07, 2023

세계는 배터리의 리튬을 나트륨으로 대체하는 일에 점점 더 가까워지고 있습니다. 코넬 대학 연구진은 초기 에너지 저장 기술의 안정성 문제를 해결하는 데 도움이 되는 방법을 찾았다고 생각합니다.

연구원들은 충전 과정에서 나트륨 이온 배터리에 고도로 동기화된 X선 빔을 촬영함으로써 배터리가 사용 중일 때만 발생하고 정지 시에는 사라지는 일시적인 결정 결함을 발견할 수 있었다고 말했습니다. 그 종이.

"첫 번째 충전-방전 주기 전후에 배터리를 살펴보면 결함이 보이지 않습니다. 그러나 작동 중에 결함이 어떻게 형성되고 자가 치유되어 감지 가능한 '상처'가 남게 되는지 알 수 있습니다."라고 Andrej Singer는 말했습니다. , 코넬 재료 과학 및 공학과의 수석 연구원이자 교수진입니다.

나트륨 이온 배터리는 최근 몇 년 동안 배터리 연구의 최첨단에 있었지만 충전 및 방전 시 성능이 빠르게 저하되고 수명이 짧아 오래 지속되는 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 실용성이 훨씬 떨어집니다.

이 발견은 미래의 연구자들이 나트륨 이온 배터리의 음극이 어떻게 기능하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있지만, 팀은 여전히 ​​음극 형성의 메커니즘을 잘 이해하지 못하고 있다고 말했습니다. 그러나 그들은 금속학적 모델링을 사용하여 음극을 가로지르는 일시적인 결함의 움직임을 예측할 수 있었습니다.

이러한 지식을 바탕으로 코넬/캘리포니아 대학교, 샌디에고/시카고 대학교/아르곤 국립 연구소 팀은 이제 배터리가 충전 및 방전될 때 결함이 이온 확산 과정과 어떻게 상호 작용하는지 연구할 계획입니다. Singer는 결함이 입자 모양이 상호 작용 과정에서 역할을 한다는 것을 암시하며, 그와 그의 팀은 더 자세히 조사하고 싶어한다고 말했습니다.

"수세기 동안 대장장이들은 더 강하고 내구성이 뛰어난 재료를 만들기 위해 금속의 결함 공학을 사용했지만 이를 깨닫지도 못했습니다."라고 Singer는 나트륨 이온 음극에 대한 결함 공학 접근 방식을 사용하면 안정성 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있기를 희망한다고 덧붙였습니다.

다양한 산업 분야에서 미래 제품 로드맵에 지속 가능성을 포함하고 있으며 배터리도 다르지 않습니다. 리튬은 전 세계적으로 풍부하고 화학적으로 리튬과 유사하며 상대적으로 저렴한 나트륨보다 훨씬 희귀하고 훨씬 비싼 물질입니다.

중국 배터리 제조사 BYD와 CATL은 모두 성능 저하 문제를 피하는 나트륨 이온 배터리 개발에 적극적으로 참여해 왔으며, 최근 두 회사 모두 올해 말 중국산 전기 자동차에 리튬-나트륨 이온 혼합 배터리를 탑재할 계획인 것으로 알려졌습니다.

미국은 이미 다른 형태의 배터리 기술에서 뒤처져 있으며, 모든 면에서 중국은 나트륨 이온 배터리가 생산 준비 상태에 도달하면 시장을 장악할 준비가 되어 있습니다.

뉴욕타임스에 따르면 현재 계획 중이거나 건설 중인 나트륨 배터리 공장 20곳 중 16곳이 중국에 위치해 있다. 앞으로 2년 후에는 전 세계 나트륨 배터리 제조 능력의 95%가 중국에 귀속될 것입니다.

바다 소금 및 기타 형태의 염화나트륨과 같은 소스에서 배터리용 나트륨을 정제하는 것이 가능하지만, 대부분은 산업용 나트륨의 가장 큰 공급원인 소다회 또는 탄산나트륨과 같은 소스에서 나옵니다. 예를 들어, 와이오밍에는 미국에서 널리 사용되고 배터리용 나트륨 공급원으로 사용될 수 있는 소다회 공급원이 가장 많이 발견된 곳 중 하나가 있습니다.

천연 소다회는 리튬보다 정제가 훨씬 더 지속 가능하지만, 향후 몇 년 내에 대부분의 나트륨 이온 배터리가 제조될 가능성이 있는 중국에서는 Solvay 공정을 통해 제조된 합성 소다회가 지배적입니다.

중국의 합성 탄산나트륨을 만드는 데 사용되는 솔베이 공정은 화학적으로 집약적이며 많은 열(일반적으로 석탄)이 필요하므로 중국의 나트륨 이온 배터리는 전 세계가 필요로 하는 지속 가능한 솔루션이 아닐 가능성이 높습니다. ®

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