스탠퍼드 대학교 연구진은 전고체 배터리 기술의 잠재적인 혁신을 발표하며, 나노 스케일의 은 코팅이 이러한 배터리의 세라믹 코어를 크게 강화하여 광범위한 채택에 대한 주요 장애물을 해결할 수 있다고 밝혔습니다. 현재 리튬 이온 배터리에 사용되는 가연성 액체 전해질을 고체 물질로 대체하는 전고체 배터리는 더 높은 에너지 밀도, 더 빠른 충전 시간 및 향상된 안전성을 제공합니다. 그러나 시간이 지남에 따라 균열이 발생하고 고장이 나는 경향이 있었습니다.

차오양 자오 교수가 이끄는 연구팀은 세라믹 전해질에 원자적으로 얇은 은층을 적용하면 미세한 결함을 봉쇄하고 단락을 일으킬 수 있는 리튬 덴드라이트(손가락 모양의 리튬 돌출)의 확산을 방지하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 이 은 코팅은 기본적으로 보호 장벽 역할을 하여 배터리의 구조적 무결성을 강화합니다.

자오 교수는 "은은 리튬 이온을 보다 고르게 재분배하여 균열을 유발하는 국부적인 응력 지점의 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다."라고 설명했습니다. 학술지 Advanced Materials에 발표된 이 연구 결과는 전고체 배터리 개발에서 가장 중요한 장애물 중 하나를 극복할 수 있는 비교적 간단하고 확장 가능한 접근 방식을 제시합니다.

전고체 배터리는 전기 자동차, 휴대용 전자 기기 및 그리드 규모의 에너지 저장 장치를 포함한 광범위한 응용 분야를 위한 잠재적으로 혁신적인 기술입니다. 더 높은 에너지 밀도는 더 긴 주행 거리를 가진 전기 자동차를 가능하게 할 수 있으며, 향상된 안전성은 배터리 화재의 위험을 줄일 수 있습니다. 전고체 배터리가 제공하는 더 빠른 충전 시간은 전기 자동차를 소비자에게 더욱 편리하게 만들 수도 있습니다.

현재 세대의 리튬 이온 배터리는 가연성이 있고 시간이 지남에 따라 성능이 저하되어 배터리 수명을 제한할 수 있는 액체 전해질에 의존합니다. 전고체 배터리는 이러한 액체 구성 요소를 제거하여 더 안전하고 내구성이 뛰어난 대안을 제공합니다. 그러나 고체 전해질의 취성은 중요한 엔지니어링 과제를 제시했습니다.

스탠퍼드 팀의 혁신은 나노 스케일에서 은의 고유한 특성을 활용하여 이러한 문제를 해결합니다. 은 코팅은 원자층 증착이라는 공정을 사용하여 적용되므로 코팅의 두께와 균일성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

이 연구에 참여하지 않은 MIT의 재료 과학 전문가인 에밀리 카터 박사는 "이 나노 스케일 은 처리는 판도를 바꾸는 것입니다."라고 말했습니다. "수년 동안 전고체 배터리 개발을 방해해 온 균열 문제에 대한 실질적인 해결책을 제공합니다."

연구원들은 현재 은 코팅 공정을 최적화하고 이 기술을 통합한 전고체 배터리의 장기적인 성능을 테스트하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 은의 잠재적인 대안으로 구리 및 알루미늄과 같은 다른 금속의 사용을 모색하고 있습니다.

전고체 배터리 개발은 인공 지능 및 재료 과학의 발전과 밀접하게 관련되어 있습니다. AI 알고리즘은 방대한 재료 속성 데이터 세트를 분석하고 다양한 전해질 조성의 성능을 예측하는 데 사용되고 있습니다. 머신 러닝 모델은 또한 전고체 배터리의 설계를 최적화하고 제조 공정을 개선하는 데 사용되고 있습니다.

이 혁신의 의미는 기술 영역을 넘어 확장됩니다. 전고체 배터리의 광범위한 채택은 전기 자동차로의 전환을 가속화하여 온실 가스 배출을 줄이고 대기 질을 개선할 수 있습니다. 또한 태양열 및 풍력과 같은 재생 에너지원에 대한 새로운 에너지 저장 솔루션 개발을 가능하게 하여 더욱 안정적이고 저렴하게 만들 수 있습니다. 다음 단계에는 이러한 은 코팅된 전고체 배터리의 생산량을 늘리고 실제 조건에서 장기적인 신뢰성과 성능을 보장하기 위한 엄격한 테스트를 수행하는 것이 포함됩니다.