대구경북과학기술원(DGIST)은 최근 폭발 및 화재 위험이 없는 구부릴 수 있는 복합 고체 전해질을 생산했다고 밝혔다. 이 고체 전해질은 웨어러블 기기용 배터리의 성능과 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
현재 액체 전해질은 배터리의 필수 구성 요소로 널리 사용됩니다. 액체 전해질 배터리에서 양극-음극 분리를 위해 투과막(separator)이 사용됩니다. 이 멤브레인이 손상되면 액체 전해질이 흘러 과열 또는 폭발을 일으킬 수 있습니다.
고체 전해질은 화재 및 폭발을 방지할 수 있습니다. 또한 separator이 필요하지 않으므로 제조업체에서 배터리 크기를 줄일 수 있습니다. 그러나 고체 전해질은 액체 전해질보다 전도성이 훨씬 낮아 연구자에게 도전 과제였습니다.
연구소는 고분자가 다공성 YNa 제올라이트 및 리튬염과 혼합된 새로운 복합 고체 전해질을 생산했습니다. 일반적으로 제올라이트는 폴리머에 균일하게 분산되지 않습니다. 그러나 연구소는 리튬염 농도 조절을 통해 균일한 분산을 달성하고 리튬 이온 배터리의 리튬 금속 음극 계면에서 리튬 덴드라이트 형성을 억제했다. 그 결과, 고체 전해질의 기계적 강도와 유연성이 향상되었습니다.
비표면적이 큰 다공성 YNa 제올라이트는 세계 최고인 0.84의 전달율로 리튬 이온 전달을 더욱 효과적으로 만들었습니다. 또한 1.66 × 10-2 Scm-1의 이온 전도도는 섭씨 60도에서 도달했으며 100사이클 용량 유지율은 최소 95%였습니다. 리튬 증착 및 탈착 사이클 테스트에서 200μA/cm2의 높은 전류밀도에서 1,500사이클 이상 안정적인 동작이 지속됐다. 이 연구에 대한 자세한 내용은 Journal of Materials Chemistry A에서 확인할 수 있습니다.
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