레이저 처리로 배터리 성능 향상

Aug 16, 2023

세계가 재생 에너지원으로 전환함에 따라 간헐적 에너지를 저장하기 위한 고성능 충전 배터리의 필요성이 중요해지고 있습니다. 현재 리튬이온 배터리가 사용되고 있지만 성능 개선은 여전히 ​​필요하다. 성능을 향상시키는 한 가지 방법은 새로운 전극 재료를 개발하는 것입니다.

KAUST 연구원들은 레이저 펄스를 사용하여 MXene이라는 대체 전극 재료의 구조를 수정하여 에너지 용량 및 기타 주요 특성을 향상시키는 방법을 시연했습니다. MXene은 탄소나 질소 원자에 결합된 티타늄이나 몰리브덴과 같은 전이 금속 층으로 구성되어 있어 전도성이 뛰어나고 리튬 저장 용량을 제공합니다.

그러나 몰리브덴 카바이드를 기반으로 하는 MXene은 재료 구조 내에서 몰리브덴 산화물이 형성되기 때문에 시간이 지남에 따라 성능 저하가 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 적외선 레이저 펄스를 활용하여 레이저 스크라이빙으로 알려진 프로세스인 MXene 내에서 몰리브덴 탄화물 나노점을 생성했습니다. 이러한 나노점은 리튬에 대한 추가 저장 용량을 제공하고 충전 및 방전 과정을 가속화했습니다.

레이저 처리는 또한 재료의 산소 함량을 줄여 문제가 되는 몰리브덴 산화물의 형성을 방지했습니다. 또한, 나노점과 층 사이의 강한 연결은 MXene의 전도성을 향상시키고 충전 및 방전 중에 구조를 안정화시켰습니다. 생성된 레이저 스크라이빙 소재는 원래 MXene에 비해 전기 저장 용량이 4배 증가한 것으로 나타났습니다.

테스트에서 연구원들은 레이저로 새겨진 재료로 양극을 만들고 이를 리튬 이온 배터리에서 1000회 충전-방전 주기에 적용하여 용량 손실이 없음을 관찰했습니다. 그들은 레이저 스크라이빙을 적용하여 다른 MXene의 특성을 향상시켜 나트륨 및 칼륨과 같은 비용 효율적이고 풍부한 금속을 활용하는 충전식 배터리를 개발할 수 있다고 믿습니다.

이번 연구 결과는 배터리 성능을 개선하고 차세대 충전식 배터리를 발전시키기 위한 유망한 전략을 제공합니다.