은 매트릭스를 이용한 전지의 개선

미국 에너지부 산하 브룩헤이븐 국립연구소 및 스토리브룩대학(Stony Brook University)의 과학자들은 엑스선을 사용해 원자 아키텍처의 변화를 지도화하고, 전지 방전속도와의 관련성을 밝혀냈다.
본 연구에서는 전지의 초기 낮은 방전속도가 더 균일하고 광범위한 전도성 네트워크를 형성함을 보여줌으로써 새로운 디자인이나 최적화 기술에 활용할 수 있도록 했다.
연구팀은 브룩헤이븐 국립연구소의 NSLS(National Synchrotron Light Source)의 Bright X-Ray빔을 이용해, Silver Vanadium Diphosphate(Ag2VP2O8) 성분을 포함한 리튬 전지 전극의 문제점을 분석했다.
이 유망한 Cathode 물질은 인체 내 매식 가능한 의료기기에 활용이 가능할 정도로 높은 안정성, 높은 전압을 보유했다. 이 연구의 핵심은 매트릭스 형성에 대한 정보를 제공한다.
이런 일회용 전지가 방전할 때, 리튬 이온은 은 이온을 대체하면서 전극에 저장된다. 대체된 은은 자유 전자와 결합하고, 사용되지 않은 Cathode 물질은 전도성 은 매트릭스를 형성한다.
전지 내 Cathode에서 발생되는 프로세스를 시각화하고, 은 네트워크가 형성되는 것을 관찰하기 위해 철로 된 전지 케이싱을 투과할 수 있는 고강도 X-Ray를 갖춘 초정밀 시스템이 필요했다. 이 때문에 연구팀은 NSLS의 장비를 활용하게 되었다고 밝혔다.
한편, NSLS는 32년간의 가동을 마쳤고, NSLS보다 10,000배는 더 강력한 NSLS-II가 후속 연구에 사용될 예정이다.
NSLS-II는 조만간 산업계, 학계 및 연구소에서 사용할 수 있도록 개방될 것이라 전했다.

 

▲ 방전되지 않은 cathode의 광학 영상(사진. KISTI 미리안)

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 은 매트릭스를 이용한 전지의 개선