새롭게 설계된 전해질 덕분에 리튬 배터리의 에너지 밀도가 700Wh/kg을 넘어섰습니다.
| Jerry Huang
편집자 주: 새롭게 합성된 소재는 리튬 금속 파우치 전지가 상온에서 700 Wh/kg 이상, -50 °C에서 약 400 Wh/kg의 에너지 밀도를 달성할 수 있도록 하는 혁신적인 전해질 개발에 새로운 가능성을 제시합니다. 리튬염 LiFSI는 이러한 전해질 설계에 매우 중요한 역할을 합니다. 난카이대학교의 Jun Chen 교수와 Qing Zhao 연구팀의 훌륭한 연구와 접근 방식에 깊은 감사를 드립니다. 그들의 연구가 우리에게 어떤 차이와 영감을 가져다줄지 함께 살펴보겠습니다.
지난 수십 년간 전기화학 장치용 전해질 용매는 주로 산소(O)계 및 질소(N)계 리간드에 의해 사용되어 왔습니다. 이러한 리간드에서 쌍극자-이온(Li+, Na+ 등) 상호작용은 이온 해리 및 이동의 기본이 되지만, 전해질-전극 계면에서의 전하 전달 과정을 저해하는 문제가 있습니다. 본 연구에서는 단일 불소화 구조를 갖는 알칸을 합성하여, 설계된 입체 장애와 루이스 염기성을 지닌 불소(F)계 리간드가 2 mol/L 이상의 염 용해를 가능하게 함을 보여줍니다. 특히, 1,3-디플루오로프로판(DFP) 기반 리튬 이온 전해질은 낮은 점도(0.95 cp), 높은 산화 안정성(>4.9 V), 그리고 -70 °C에서 0.29 mS/cm의 이온 전도도를 포함하여 고에너지 밀도 및 저온 배터리에 필요한 모든 장점을 갖추고 있습니다. 첫 번째 용매화 껍질에 F 원자를 도입함으로써, 약한 F–Li+ 배위 결합은 최대 99.7%의 쿨롱 효율(CE)과 −50 °C에서 O–Li+ 배위 결합보다 한 자릿수 더 큰 교환 전류 밀도를 갖는 리튬 도금/탈리 공정을 촉진합니다. 또한, 이 전해질은 0.5 g/Ah 미만의 전해질 양으로도 리튬 금속 파우치 전지를 작동시킬 수 있게 하며, 상온에서 700 Wh/kg 이상, −50 °C에서 약 400 Wh/kg의 에너지 밀도를 달성합니다. 본 연구의 수소불화탄소(HFC) 전해질은 기존의 배위 화학을 넘어 전기화학 시스템을 구축하는 실현 가능한 접근 방식을 제시합니다.
참조
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6