리튬 배터리 화재 및 폭발 위험을 해결할 태세를 갖춘 중국 여성 박사 후보

전기 자동차의 리튬 이온 배터리는 합선되면 불이 붙거나 폭발하여 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 5년 전, Wuhan University of Technology의 석사 과정 학생이었던 Lun Li 박사는 이 문제에 대한 해결책을 모색하기 시작했습니다. 현재 같은 기관에서 박사 후 연구원으로 재직 중인 그녀는 획기적인 발견을 했습니다. 그녀의 연구는 Nature Chemical Engineering의 최신호에 게재되었습니다.

Wuhan University of Technology의 물리 및 역학 학교의 He Daping 교수의지도하에 이 연구 특허는 성공적으로 산업화로 전환되었습니다. 한 회사가 생산 규모를 확대하기 위해 30백만 투자했습니다. 연구팀은 이 기술을 계속 검증하기 위해 Hainan Zhangyu Technology Co., Ltd.를 설립했으며, 실행 가능한 것으로 입증되면 곧 구현할 계획입니다.

예상치 못한 실험의 돌파구

리튬 이온 배터리는 생성되는 열이 충분히 빨리 발산되지 않기 때문에 화재와 폭발이 발생하기 쉽고, 이로 인해 일련의 발열 반응이 일어나고 궁극적으로 열 폭주를 유발하는 축적이 발생합니다. 내부 열 발생을 제어하고 열 전달을 개선하는 것은 이 문제를 방지하는 데 매우 중요합니다.

2020년 실험 중 Li 박사는 불이 붙어 폭발한 배터리를 분해하여 양극의 금속 집전체가 거의 완전히 타버린 것을 발견했습니다. 이러한 수집기는 일반적으로 알루미늄 또는 구리로 만들어집니다.

"이것은 금속 전류 수집기와 열 폭주 사이의 가능한 연결을 시사했습니다"라고 Li 박사는 He Daping 교수와 Mai Liqiang 교수와 공유했습니다. 그들은 함께 난연성 재료가 금속 집전체를 대체할 수 있는지 숙고했습니다. 이러한 재료는 배터리 크기가 증가하지 않도록 높은 열전도율, 우수한 난연성 및 충분한 밀도를 가져야 합니다.

그들의 관심은 독특한 2차원 물질인 그래핀으로 향했습니다. 리 박사는 30분 동안 알코올 램프에 올려 놓고 난연성을 테스트했는데, 놀랍게도 온전한 상태를 유지했습니다. 이 예상치 못한 결과는 그녀의 실험실 동료들을 놀라게 했습니다.

"우리는 전통적인 금속 그것들을 대체하기 위해 높은 열전도율의 그래핀 집전체를 사용하여 배터리 안전성을 크게 향상시킬 것을 제안했습니다"라고 Li 박사는 말했습니다. 그녀의 연구는 또한 Shenzhen University의 Yang Jinlong 부교수의 지도를 받았습니다.

고온을 통한 Graphene Current Collectors Twice Forging Graphene Current Collectors through 고온

그러나 그래핀을 집전체로 사용하려면 우수한 전도성을 유지하면서 충분한 기계적 강도와 두께(최소 10-20마이크로미터)를 달성해야 합니다.

16일 오전, 창장일보(長江日報)의 기자가 우한이공대학(武漢共大大學)의 그래핀 박막 합성 실험실을 방문했다. Li 박사는 금속 호일 롤을 제시하며 "이것은 리튬 이온 배터리 양극에 일반적으로 사용되는 알루미늄 집전체입니다. 구리는 금속 집전체로도 사용됩니다." 그런 다음 그녀는 비금속 재료 롤을 보여주며 "이것은 Wuhan Hanci Technology Co., Ltd.에서 대량 생산된 우리의 그래핀 집전체입니다"라고 말했습니다.

기자는 그래핀 집전체가 매미의 날개처럼 가늘다는 것을 관찰했다. Dr. Li는 변형을 일으키지 않고 반복적으로 구부렸습니다. "두께가 10마이크로미터에 불과하고 아무리 많이 구부려도 현미경으로 보면 균열이 나타나지 않습니다. 섬세한 외관에도 불구하고 두 차례의 고온 단조를 거쳤는데, 이는 마치 노자의 용광로에서 신화 속의 손오공을 단조하는 것과 매우 흡사합니다."

Li 박사는 실험실에 있는 두 개의 고온 흑연화로를 가리키며 원료 그래핀 재료가 최종 그래핀 집전체 재료를 단조하기 위해 두 번의 고온 처리를 거친다고 설명했습니다.

생산 검증을 위한 30,<>만 엔 백만 투자

그래핀 집전체 재료가 개발되면 구조적 특성 분석 및 안전성 테스트를 위해 우한 공과 대학의 나노 기술 실험실로 보내졌습니다. 그런 다음 팀은 이 재료로 소프트팩 배터리를 제작하여 일련의 전기화학적 성능 테스트를 수행했습니다.

기자는 나노 기술 실험실에 리튬 이온 배터리뿐만 아니라 나트륨 이온 배터리, 칼륨 이온 배터리 및 전기 화학 테스트가중인 다른 유형의 배터리도 보관하고 있다고 지적했습니다.

Li 박사는 자신의 리튬 이온 배터리가 Wuhan University of Technology의 고온 및 고압 물리학 연구소에서도 테스트되었다고 공유했습니다. 그녀는 Shenzhen University의 Yang Jinlong 부교수와 실험 데이터에 대해 자주 논의하고 결과를 분석하고 연구의 다음 단계를 계획합니다.

"지난 몇 년 동안 저는 그래핀 필름 합성 연구실, 나노기술 연구실, 고온 고압 물리학 연구소를 자주 오갔습니다. 하지만 피곤하지 않고 결과를 얻을 수만 있다면 성취감을 느낍니다"라고 5년 동안 이 연구를 진행해 온 Li 박사는 말했습니다. 내년 박사후 연구원 임기가 끝난 후에도 그녀는 이 연구를 계속 심화시킬 계획입니다.

리 박사는 한 회사가 생산 규모를 확대하기 위해 이미 30만 백만 달러를 투자했으며, 검증이 성공적일 경우 이 기술이 곧 구현될 것이라고 밝혔다.