스마트 폰이 새로운 배터리 기술을 통해 업그레이드를 얻는 이유

세상에는 사람들보다 많은 휴대폰이 있습니다. 거의 모든 제품은 지난 수십 년 동안 휴대용 전자 제품 혁명을 가능하게하는 가장 중요한 단일 부품 인 충전 용 리튬 이온 배터리로 구동됩니다. 특히 무거운 것없이 몇 시간 이상 지속될 수있는 충분한 권한이 없다면 사용자에게는 매력적일 수 없습니다.

리튬 이온 배터리는 전기 자동차 및 스마트 그리드 에너지 저장 시스템과 같은 대형 어플리케이션에도 유용합니다. 또한 리튬 이온 배터리를 개선하려는 연구원의 재료 과학 분야의 혁신은 더 나은 성능을 갖춘 더 많은 배터리를위한 길을 열어주고 있습니다. 화재를 일으키지 않거나 폭발하지 않을 고용량 배터리에 대한 요구가 이미 형성되고 있습니다. 또한 많은 사람들이 수 분 내에 장치에 전원을 공급하기에 충분한 에너지를 저장하면서 몇 분 또는 심지어 몇 초 만에 충전 할 수있는 더 작고 가벼운 배터리를 꿈꿨습니다.

그래도 나와 같은 연구원들은 더 모험적으로 생각하고 있습니다. 자동차 및 계통 연계 시스템은 수년 동안 또는 심지어 수십 년 동안 수만 번 방전되고 재충전 될 수 있다면 더 좋을 것입니다. 유지 보수 승무원과 고객은 배터리가 손상되어 있거나 더 이상 정상 성능으로 작동하지 않거나 스스로 해결할 수있는 경우 자체를 모니터링하고 경고를 보낼 수 있습니다. 또한 제품의 구조에 통합 된 이중 목적 배터리를 꿈꾸며 스마트 폰, 자동차 또는 건물의 형태를 형성하는 동시에 기능을 강화할 수 있습니다.

연구 및 다른 사람들의 도움으로 과학자와 엔지니어가 개별 원자의 규모로 물질을 제어하고 취급하는 데 더욱 능숙해질 수있게되면서 가능해질 수있는 모든 것.

신흥 재료

대부분의 경우 에너지 저장 기술의 발전은 기존의 배터리 소재의 성능 한계를 뛰어 넘고 완전히 새로운 배터리 구조와 구성을 개발하는 재료 과학의 지속적인 발전에 달려 있습니다.

배터리 산업은 음극이라고 불리는 양극에서 값 비싼 코발트를 제거하는 것을 포함하여 리튬 이온 배터리의 비용을 줄이기 위해 이미 노력하고 있습니다. 세계의 주요 코발트 공급원 인 콩고에있는 많은 광산들이 어려운 수동 노동을하기 위해 아이들을 이용하기 때문에 이러한 배터리의 인건비도 줄일 수 있습니다.

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연구진은 코발트 함유 물질을 주로 니켈로 만들어진 음극으로 대체 할 수있는 방법을 찾고있다. 결국 니켈을 망간으로 대체 할 수 있습니다. 이들 금속은 이전 제품보다 저렴하고 풍부하며 안전합니다. 그러나 배터리의 수명을 단축시키는 화학적 성질을 가지고 있기 때문에 트레이드 오프가 발생합니다.

연구자들은 나트륨, 마그네슘, 아연 또는 알루미늄을 기반으로하는 것과 같은 더 저렴하고 잠재적으로 더 안전 할 수있는 이온 및 전해질로 두 전극 사이를 왕복하는 리튬 이온을 대체하는 방법을 찾고있다.

저의 연구 그룹은 유용한 전자 특성을 지닌 물질의 본질적으로 극히 얇은 시트 인 2 차원 재료의 가능성을 검토합니다. 그래 핀 (Graphene)은 아마 이들 중 가장 잘 알려져있을 것입니다. 우리는 다양한 2 차원 재료의 층을 쌓은 다음 물 또는 다른 전도성 액체로 스택에 침투하여 매우 빨리 충전하는 배터리의 주요 구성 요소가 될 수 있는지 확인하고자합니다.

배터리 내부 살펴보기

배터리 혁신의 세계를 넓히는 것은 단순히 새로운 물질이 아닙니다. 새로운 장비와 방법을 통해 연구원은 한 번 가능했던 것보다 훨씬 쉽게 배터리 내부에서 일어나는 일을 볼 수 있습니다.

과거에는 연구자들이 특정 충 방전 프로세스 또는 사이클 수를 통해 배터리를 가동 한 다음 배터리에서 물질을 제거하고 사실을 조사한 후이를 검사했습니다. 학자들은 그 과정에서 화학적 변화가 어떤 과정을 겪었는지를 알 수 있었고 배터리가 실제로 어떻게 작용했으며 성능에 어떤 영향을 미치는지 추론 할 수있었습니다.

그러나 연구원들은 배터리 물질이 에너지 저장 과정을 거치면서 실시간으로 원자 구조와 성분까지도 분석 할 수 있습니다. 싱크로트론이라 불리는 입자 가속기와 전자 현미경 및 스캐닝 프로브와 같은 X 선 기술과 같은 정교한 분광 기술을 사용하여 에너지가 물질에 저장되고 방출 될 때 이온 이동과 물리적 구조 변화를 관찰 할 수 있습니다 배터리로.

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그러한 방법을 통해 저의 연구자들은 새로운 배터리 구조 및 재료를 상상해 보았고, 제작하고, 작동하는지 여부를 확인할 수있었습니다. 그렇게하면 배터리 재료의 혁명을 막을 수 있습니다.

이 기사는 Veronica Augustyn의 The Conversation에 처음 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.