메서드는 배터리 내부에서 일어나는 일을 추적합니다.

모빌리티의 미래는 전기차, 트럭, 비행기입니다. 그러나 단일 배터리 설계가 그 미래에 동력을 제공할 수 있는 방법은 없습니다. 휴대폰과 노트북 배터리도 요구 사항과 디자인이 다릅니다. 향후 수십 년 동안 필요한 배터리는 특정 용도에 맞게 조정되어야 합니다. 즉, 각 유형의 배터리 내부에서 어떤 일이 발생하는지 최대한 정확하게 이해해야 합니다.

모든 배터리는 동일한 원리로 작동합니다. 전하를 띠는 원자 또는 분자인 이온은 전해질이라는 물질을 통해 양극에서 음극으로 전류를 전달한 다음 다시 돌아옵니다. 그러나 액체든 고체든 그 물질을 통한 정확한 움직임은 수십 년 동안 과학자들을 어리둥절하게 했습니다. 다양한 유형의 이온이 다양한 유형의 전해질을 통해 이동하는 방식을 정확히 아는 것은 연구자가 특정 용도에 가장 적합한 방식으로 충전 및 방전되는 배터리를 생성하기 위해 이동에 영향을 미치는 방법을 파악하는 데 도움이 될 것입니다.

과학자 팀은 배터리를 통해 이동하는 이온의 정확한 측정을 가능하게 하는 기술의 조합을 시연했습니다. 다양한 실험 방법을 조합하여 속도와 농도를 측정한 다음 이론과 비교합니다. 이러한 방법에는 초고휘도 엑스선을 사용하여 배터리를 통해 이동하는 이온의 속도를 측정하고 모델 배터리가 방전되는 동안 전해질 내의 이온 농도를 동시에 측정하는 것이 포함됩니다. 연구팀은 그 결과를 수학적 모델과 비교했다. 그 결과는 이온이 운반하는 전류를 나타내는 매우 정확한 수치이며, 이를 수송 번호라고 합니다.

수송 수는 본질적으로 전체 전류와 관련하여 양전하를 띤 이온이 운반하는 전류의 양입니다. 팀의 계산에 따르면 그 수치는 약 0.2입니다. 이 결론은 이온 이동을 측정하는 이 새로운 방법의 감도로 인해 다른 방법에서 파생된 결론과 다릅니다.

연구팀은 이번 실험을 위해 리튬이온 배터리에 널리 사용되는 액체 전해질 대신 고체 고분자 전해질을 사용했다. 폴리머는 일부 액체 전해질의 가연성 문제를 피하기 때문에 더 안전합니다.

과거에 배터리의 내부 작동을 연구하는 가장 좋은 방법은 배터리에 전류를 보낸 다음 이후에 어떤 일이 일어났는지 분석하는 것이었습니다. 실시간으로 이동하는 이온을 추적하는 기능은 과학자들이 배터리 설계 요구 사항에 맞게 이동을 변경할 수 있는 기회를 제공합니다.

다음 단계는 더 복잡한 고분자와 칼슘, 아연과 같은 기타 물질을 분석하여 최종적으로는 액체 전해질로 분석하는 것입니다.