나노기술 및 정책 정보

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● 미국 William Chueh 교수(Stanford University) 연구팀은 고체 전해질을 사용하는 리튬 배터리의 단락 및 파손 원인이 고속 충전 시 주로 작용하는 기계적 응력 때문이라는 사실을 규명

● 대표적인 고체 전해질 소재인 세라믹에는 미세균열, 압입, 틈새 등 20nm 미만의 나노스케일 결함이 있는 경우가 많기 때문에 고속 충전 과정에서 결함부가 확장돼 리튬이 전해질 내부에 침투함을 확인

● 연구팀은 세라믹 전해질에 전기 프로브를 설치해 모형 배터리를 만들고 주사현미경으로 고속 충전 과정을 실시간으로 관찰한 후 이온빔을 조사해 리튬 침투 정도의 차이를 분석

● 프로브가 전해질에 압력을 가하는 경우에 압입, 굽힘, 비틀림에 따른 기계적 응력이 발생하고, 이에 침투한 리튬이 전해질 내부에서 양극과 음극을 연결하는 가교를 형성하면서 단락을 일으키는 것을 확인

● 본 연구를 통해 고체 전해질-리튬 배터리의 고장 문제를 해결함과 동시에, 전기 자동차의 광범위한 사용에 대한 주요 장벽을 극복할 수 있을 것으로 기대

Nature Energy (2023.01.30.), Mechanical regulation of lithium intrusion probability in garnet solid electrolytes