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Jul 11, 2023

새로운 옥시염화물 고체

중국 과학기술대학(USTC) 연구팀이 리튬지르코늄옥시염화물(LZCO)이라는 새로운 유형의 고체 전해질을 개발했다. 이 전해질은

중국 과학기술대학교(USTC) 연구팀이 리튬지르코늄옥시염화물(LZCO)이라는 새로운 유형의 고체 전해질을 개발했다. 이 전해질은 우수한 성능을 제공하고 비용 효율적이므로 전고체 리튬 배터리(ASSLB)에 유망한 옵션입니다.

ASSLB는 기존 리튬 이온 배터리에 대한 보다 안전한 대안으로 주목을 받았으며 더 높은 에너지 밀도에 대한 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 ASSLB용 고성능 고체 전해질 개발은 높은 비용으로 인해 제한되었습니다.

연구자들은 수산화리튬 일수화물, 염화리튬, 염화지르코늄과 같은 저렴한 화합물로부터 LZCO를 합성함으로써 이 문제를 해결했습니다. 결과적으로 LZCO의 가격은 킬로그램당 11.60달러로 낮아 상용화 기준인 킬로그램당 50달러보다 훨씬 낮다. 또한 킬로그램당 190달러가 넘는 다른 고성능 고체 전해질보다 훨씬 저렴합니다.

저렴한 비용에도 불구하고 LZCO는 인상적인 성능을 제공합니다. 이는 최대 2.42mS cm^-1의 실온 이온 전도도를 나타내며, 이는 보고된 모든 고체 전해질 물질 중에서 가장 높은 것 중 하나입니다. 또한 LZCO는 압축성이 뛰어나 300MPa 압력에서 94.2%의 밀도를 달성합니다. 이러한 압축성은 일반적으로 동일한 압력에서 밀도가 90% 미만인 황화물 및 염화물 고체 전해질의 압축성을 능가합니다.

실험 결과는 LZCO가 고급 황화물 및 염화물 고체 전해질과 동등하게 성능을 발휘한다는 것을 보여줍니다. LZCO를 사용한 ASSLB는 니켈이 풍부한 적층형 음극과 결합하여 상온에서 12분 고속 충전 조건에서 2,000사이클 이상 안정성을 유지하는 탁월한 성능을 보여줍니다.

이 새로운 고체 전해질의 개발은 성능과 비용 효율성 측면에서 획기적인 발전을 의미하며 ASSLB의 상용화를 현실화하는 데 더 가까워졌습니다.

출처: Lv Hu 외, "안정적인 전고체 리튬 기반 배터리를 위한 비용 효율적이고 이온 전도성 및 압축 가능한 옥시염화물 고체 전해질", Nature Communications(2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39522-1