리튬 이온 배터리의 자체 방전 경향 뒤에 있는 잠재적으로 중요한 이유가 Dalhousie University의 Tesla 자금 지원 배터리 연구 센터의 연구원들에 의해 발견된 것 같습니다. 놀라운 점은 그룹의 발견이 놀랍도록 간단하면서도 잠재적으로 심오하다는 것입니다.
스마트폰, 노트북과 같은 전자 제품은 시간이 지남에 따라 자가 방전되는 경향이 있습니다. 일정 시간 동안 장치를 사용하지 않았음에도 불구하고 장치의 배터리 충전량이 손실되는 것은 너무도 익숙한 시나리오입니다. 그러나 이것은 오늘날 정상적인 것으로 간주되지만 Dalhousie University의 연구원들은 자체 방전 리튬 이온 배터리의 원인을 발견했을 수 있습니다.
조교수이자 Herzberg-Dahn 학과장이자 Dalhousie University의 물리학 및 대기 과학과의 Michael Metzger 박사는 리튬 이온 배터리에서 전극을 함께 고정하는 상업용 테이프가 방전 과정.
“상업용 배터리 셀에는 전극을 함께 고정하는 테이프(스카치 테이프와 같은)가 있으며, 이 테이프의 화학적 분해가 자체 방전으로 이어지는 분자를 생성합니다. 우리 실험실에서는 배터리를 개선하기 위해 매우 복잡한 실험을 많이 하지만 이번에는 매우 간단한 것을 발견했습니다. 그것은 매우 단순한 것입니다. 모든 플라스틱 병에 들어 있으며 이것이 리튬 이온 전지의 성능 저하에 그렇게 큰 영향을 미칠 것이라고 아무도 생각하지 못했을 것입니다.”라고 Metzger 박사는 말했습니다.
리튬 이온 배터리 셀과 자체 방전 동작을 이해하기 위해 Metzger 박사와 그의 팀은 여러 셀을 열어 다양한 온도에 노출시켰습니다. 놀랍게도 팀은 셀의 전해질 용액이 밝은 빨간색임을 발견했습니다. 더 자세히 조사하면서 팀은 일반적인 전해질 용액이 있는 전지를 네 가지 온도의 오븐에 넣었습니다. 25°C에서 70°C 범위의 4가지 다른 오븐 온도가 사용되었습니다. 25°C의 세포 샘플은 투명한 상태를 유지한 반면 55°C의 샘플은 밝은 갈색으로 변했고 70°C의 세포 샘플은 핏빛 붉은색으로 변했습니다. 그런 다음 팀은 전해질의 구성을 조사하기 위해 화학 분석을 수행했습니다.
다음은 팀의 관찰입니다.
“그 때 (연구원들이) 테이프에 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 PET가 분해되어 자체 방전으로 이어지는 분자를 생성한다는 사실을 발견했습니다. 분자는 전극의 양극 쪽으로 이동한 다음 음극 쪽으로 이동한 다음 다시 양극 쪽으로 이동할 수 있기 때문에 산화 환원 셔틀이라고 합니다. 따라서 전극 사이를 오가며 자체 방전을 생성합니다. 마치 리튬이 해야 하는 것처럼요. 문제는 배터리가 제자리에 있을 때 리튬이 움직이지 않아야 하는 경우에도 셔틀 분자가 백그라운드에서 항상 작동한다는 것입니다.”
Metzger 박사는 “배터리 셀의 이러한 비활성 구성 요소, 이러한 테이프 및 플라스틱 호일을 보는 사람이 없기 때문에 우리가 예상하지 못한 것입니다. 하지만 배터리 셀의 부반응을 제한하려면 실제로 고려해야 합니다.”라고 말했습니다.
Metzger 박사와 그의 팀의 연구 결과는 아래에서 확인할 수 있습니다.
Buechele 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010518 by Simon Alvarez on Scribd
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Tesla 자금 지원 연구원, 리튬 이온 배터리 방전에 대한 놀라운 세부 사항 발견
