연구원들이 소프트 코 개발

May 01, 2023

Temple University 팀이 이끄는 연구진은 기존 유기 및 세라믹 재료의 여러 한계를 극복하면서 높은 열적, 전기화학적 안정성과 우수한 이온 전도도를 나타내는 연질 고체 전해질((Adpn)2LiPF6(Adpn, adiponitrile)을 개발했습니다. 그들의 작업에 관한 논문은 Nature Materials에 게재되었습니다.

아디포니트릴은 고분자 나일론 66의 중요한 전구체인 유기 화합물입니다.

전해질의 표면에는 고압/온도 처리 없이 손쉬운 이온 전도를 위해 입자를 연결하는 Adpn의 액체 나노층이 있습니다. 이 재료는 파손된 경우 빠르게 자가 치유될 수 있으며 입자 경계를 통해 액체와 같은 전도 경로를 제공합니다.

연질 고체 공결정질 (Adpn)2LiPF6 전해질 a의 결정 구조, (Adpn)2LiPF6의 기본 구조 단위 표현. 4개의 Adpn 분자가 있는 4배위 Li⁺ 이온을 보여주며, 각각은 두 번째 대칭 등가 Li 원자와 공유됩니다. PF6⁻ 음이온은 결정 구조에서 사용 가능한 틈새 포켓을 차지합니다. 그레이, C; 노란색, 리; 파란색, N; 빨간색, P; 오렌지, F.; 색상 상자는 단위 셀의 크기를 보여줍니다. 빨간색, 결정학적 방향; 파란색, c-결정 방향. b, 결정 구조의 저친화도 매트릭스에서 Li⁺ 이온 채널을 보여주는 (Adpn)2LiPF6의 패킹 다이어그램. Prakashet al.

'경질'(전하 밀도) Li+ 이온과 '연성'(전자적으로 분극 가능) 사이의 약한 상호작용으로 인해 실질적으로 높은 이온 전도도(~10−4 S cm–1)와 리튬 이온 전달 수(0.54)가 얻어집니다. Adpn의 C=N 그룹.

분자 시뮬레이션에서는 Li+ 이온이 (우선적으로) 낮은 활성화 에너지 Ea를 갖는 공결정 입자 경계에서 그리고 더 높은 Ea 값을 갖는 공결정 사이의 틈새 영역 내에서 이동하며, 여기서 벌크 전도도는 작지만 현존하는 기여를 하는 것으로 예측합니다.

이러한 공결정은 Adpn 용매 매트릭스에서 이온을 분리하여 LiPF6의 열적 안정성을 높이기 위한 특별한 결정 설계 개념을 확립하고 세라믹 또는 젤 전해질과 대조되는 저저항 결정립계를 통한 독특한 이온 전도 메커니즘을 나타냅니다. .

자원

Prakash, P., Fall, B., Aguirre, J. et al. (2023) "리튬이온 배터리용 연질 공결정 고체 전해질." Nat. 교배. 22, 627–635 doi: 10.1038/s41563-023-01508-1

2023년 5월 8일에 게시됨: 배터리, 시장 배경, 고체 | 고유링크 | 댓글 (0)