나노기술 및 정책 정보

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● 중국과학원 류타오 연구원 연구팀은 초경량 전해액, 리튬 친화 저밀도 전해액에 대한 연구를 진행, 전해액에 대한 밀도를 낮추어 리튬 황-배터리에서 비활성 전해액의 질량이 차지하는 비중이 높은 문제를 해결하는 방법 제시 

● 연구팀은 전해액 밀도에 대한 연구를 진행하고, 질량은 변하지만 수량은 변하지 않는 방법을 사용한 동시에 전해액 속의 종류, 농도를 효과적으로 조정하고, 리튬 친화형, 저밀도 단일 에테르 용매를 도입하여 밀도가 0.83g/mL 수준밖에 되지 않는 초저밀도 리튬 황 배터리 전해액을 개발

● 해당 연구로 개발된 전해액 밀도는 전통적인 리튬 황 배터리 전해액 밀도의 70% 정도밖에 되지 않으며, E/S 비교 하에서 연구팀이 개발한 초경량의 전해액을 사용하면 30% 정도의 전해액 질량의 감소를 실현할 수 있는 것으로 확인 

● 초경량의 전해액은 저농도에 속하지만, 여전히 높은 금속 리튬 안정성을 보유하고 있는데 이는 LiNO3과 LiTFSI 금속 리튬 및 단일 에테르가 강한 환원 저항 능력을 갖고 있기 때문에 발생 

● 전통적인 리튬 황 배터리 전해액에 비해 초경량의 전해액을 사용하는 Li-Cu 배터리 속 금속 리튬 침적은 더욱 균일하여 전해액과 금속 리튬의 지속적인 소모를 한층 더 감소

● 연구팀은 E/S=3.0μL/mg 조건에서 초경량 전해액을 사용한 소프트 팩 배터리 속의 전해액 무게가 차지하는 비중을 전통적인 전해액의 49.6% 수준에서 41.1% 수준으로 감소

● 초경량의 전해액이 전해액 무게 중에서 차지하는 비율 감소로 단일층 소프트팩 리튬 황 배터리의 에너지 밀도는 전통적인 329.9Wh/kg 수준에서 393.4Wh/kg 수준으로 향상

● 멀티층 소프트팩 배터리로 조립하면 초경량 전해액을 적용한 리튬황 배터리는 에너지 밀도가 425.2Wh/kg 수준에 도달할 것으로 예상

● 리튬 유황 배터리 내 금속 리튬의 손실이 커서 발생하는 금속 리튬의 사용량 문제를 해결하기 위해 연구팀은 새로운 불화 실란 구조를 보유하고 있는 용매를 사용하는 안을 제시

● 해당 불화 용매는 전통적인 불화 용매 대비 밀도가 낮은 장점을 보유하고 있는 동시에 금속 리튬 표면에서 대량의 LiF, LixSi 복합 물질을 생성시켜 금속 리튬을 보호할 수 있는 것으로 확인

※ Advanced Materials 게재(2021.08.02.), “Low-Density Fluorinated Silane Solvent Enhancing Deep Cycle Lithium–Sulfur Batteries’ Lifetime”