두꺼운 탄소 섬유 강화 배터리 전극으로 고밀도 배터리 사용 가능

American Chemical Society의 Nano Letters 2020년 6월호에 게재된 프로젝트에서 델라웨어 대학교(미국 델라웨어주 뉴어크) 복합 재료 센터(CCM)의 연구원들이 수직으로 정렬된 탄소 섬유로 강화된 초두께 배터리 전극을 개발했습니다. "섬유 정렬 두께" 또는 "FAT"라고 하는 새로운 전극 디자인은 향상된 특성을 나타내고 제조를 쉽게 확장할 수 있다고 합니다.

"배터리에서 전극은 활성 물질(전극 물질)과 비활성 구성 요소(예:금속 집전체, 폴리머 바인더 및 전도성 매트릭스)로 구성됩니다."라고 델라웨어 대학의 조교수인 Dr. Kun Fu는 설명합니다. 그리고 연구에 대한 저자. 전지의 비용량을 향상시키기 위해서는 활물질의 양을 늘리고 불활성 물질을 줄여야 한다고 한다.

델라웨어 대학교 복합 재료 센터에서 설계한 FAT 전극은 전극 방향으로 정렬된 단방향(UD) 탄소 단섬유와 활성 전극 재료(LiFePO₄ , 또는 리튬 철 인산염)이 섬유 사이에 내장되어 있습니다. 탄소 섬유 사이의 기공은 전극을 통해 낮은 비틀림 채널을 형성하여 액체 전해질 내에서 빠른 이온 수송을 허용합니다. "FAT 전극은 정렬된 탄소 섬유를 사용하여 높은 전극 재료 로딩, 낮은 비틀림, 높은 전기 및 열 전도성, 우수한 압축 특성을 가진 두께를 통한 섬유 정렬 전극 구조를 구성합니다."라고 Fu는 말합니다.

"이 경우 더 두꺼운 전극은 활성 물질/비활성 물질의 비율을 크게 증가시켜 더 높은 비 용량을 달성할 수 있습니다"라고 그는 덧붙였습니다. FAT 전극의 낮은 비틀림은 빠른 전해질 주입과 빠른 전자/이온 수송을 가능하게 하여 기존의 슬러리 주조된 두꺼운 전극 설계보다 더 높은 용량 유지와 낮은 전하 이동 저항을 나타냅니다.

향상된 특성과 고용량 외에도 연구원들은 제조 방법이 쉽게 확장 가능하고 수성 전극 잉크와 절단 및 압연된 탄소 섬유 막 보강재를 사용하여 저렴한 비용으로 생산할 수 있다고 말합니다. 전극을 제조하기 위해서는 활성 전극 물질이 미리 적재된 탄소 섬유 막을 원통 모양으로 말아서 섬유의 축 방향에 수직으로 절단합니다. 연구원들은 이 방법을 사용하여 18650 원통형 배터리 셀에 잠재적으로 사용하기 위해 직경 18mm, 높이 55mm의 전극을 제작했습니다.

다음으로 연구진은 양극 설계, 전고체 배터리, Li-S 및 Li-O₂에 정렬된 탄소 섬유 프레임워크를 적용할 계획입니다. 배터리에는 전기 자동차, 전자 제품 또는 그리드 에너지 저장용 배터리가 포함됩니다.

연구에 액세스하려면 Nano Letters로 이동하십시오. 디지털 출판물.