ORNL 팀은 고체에 대한 등방성 압축에 중점을 둘 것을 권장합니다.

Jul 19, 2023

몇 달 간의 유망한 테스트 결과에 따라, 에너지부 오크리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 배터리 연구원들은 차세대 고체 배터리를 상용화하기 위해 고체 배터리 업계가 등압성 압축이라는 기술에 집중할 것을 권장하고 있습니다.

ACS Energy Letters의 개방형 초점 검토 논문에서 ORNL 연구자들은 거의 연구되지 않은 등압 압착 접근 방식에 주의를 기울일 것을 권장합니다. 이 공정은 기계 내부에서 물, 오일, 아르곤과 같은 유체와 가스를 사용하여 배터리 구성 요소 전체에 일정한 압력을 가하여 매우 균일한 재료를 만듭니다. ORNL 연구진은 이 압착 장비를 생산하는 업계 파트너의 도움으로 등압 압착으로 배터리 생산을 더 쉽고 빠르게 만들면서 더 나은 에너지 흐름 조건을 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다.

(a) 전고체 배터리의 처리 및 통합에 대한 현재 과제. (b) 실린더용 강성 다이의 단일 단축 압착에 의한 고르지 않은 밀도 분포. (c) 샘플이 삽입되어 등방압 및 온도 조건을 받는 압력 용기 캐비티의 개략도, CIP(Cold Isostatic Process)(파란색), WIP(Warm Isostatic Process)(녹색)에 대한 온도 및 압력 범위 및 HIP(Hot Isostatic Process)(주황색) 기술. Dixitet al.

ORNL의 Marm Dixit과 동료들은 등방성 압축이 고체의 균일한 전해질의 얇은 층을 생성하고 원활한 이온 이동을 위해 층 사이의 높은 수준의 접촉을 유지할 수 있음을 발견했습니다. 이 방법은 다양한 온도와 압력에서 다양한 배터리 구성으로 작동합니다.

유망한 결과 중 등방압 압축은 가공이 더 쉽고 이온 이동에 유리한 결정 구조를 갖는 부드러운 전해질 재료를 사용하여 저온에서 매우 성공적인 것으로 밝혀졌습니다. 이전에는 배터리의 등방압 프레싱이 대부분 극단적인 온도, 즉 매우 높은 온도나 실온에서 수행되었지만 그 사이에서는 수행되지 않았습니다.

이 모든 재료에는 연구자들이 활용하고 싶어하는 고유한 장점이 있습니다. 그렇기 때문에 실온부터 화씨 수천도까지 어디에서나 등방성 프레싱을 수행할 수 있다는 것이 중요합니다. 즉, 폴리머부터 산화물까지 모든 범위의 재료를 사용할 수 있다는 의미입니다.

이러한 다양성은 개발 중인 다양한 전고체 배터리 설계 및 재료에 대한 일관된 제조 공정의 핵심이라고 Dixit은 말했습니다. 등방압 프레싱은 상업적으로 규모를 확대하기가 상대적으로 쉬울 것입니다. 이는 기업들이 자동차 제조업체에 전고체 배터리를 공급하기 위해 경쟁하면서 상당한 관심을 불러일으키는 발견입니다. 몇몇 주요 자동차 회사들은 몇 년 안에 전고체 배터리로 작동하는 전기 자동차를 판매하겠다는 의사를 밝혔습니다.

ORNL의 기업 펠로우이자 전기 부문 책임자인 Ilias Belharouak은 대규모 제조를 위해서는 전고체 배터리 기술이 완벽해져야 한다고 말했습니다.

모든 전고체 배터리는 장거리 여행을 위해 사용됩니다. 그러나 등압 압착 기술은 확장 가능하다면 비실용적인 외부 압력 없이 배터리 층을 조립할 수 있는 방법을 제공할 것입니다.

등방압 프레싱은 융합 결합 및 결합 재료에 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 최근에는 3D 프린팅 부품의 빈 공간과 이상 현상을 제거하는 도구로 사용되었습니다. 그러나 배터리 애플리케이션에 대한 테스트는 제한적이었습니다.

ORNL 연구원들은 등방성 압축을 통해 3개의 배터리 층을 결합하기 전에 별도로 생성하는 대신 단일 밀도 시스템으로 제조할 수 있다고 밝혔습니다.

ACS Energy Letters 논문에서 Dixit 팀은 제조를 위해 규모를 확장할 수 있는 전고체 배터리 추구의 중요성을 강조했습니다.

ORNL 연구원들은 다양한 재료에 가장 적합한 압축 온도 및 압력 조합과 이러한 요소가 질감에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 계속해서 테스트를 수행하고 있습니다.