전 세계 과학자들은 리튬 이온 배터리의 수명을 두 배로 늘릴 수 있는 획기적인 연구를 진행해 왔다고 미국의 와이테크가 16일(현지시각) 보도했다.
보도에 따르면 독일 과학연구기관(HZB)과 훔볼트 대학교의 필립 아델헬름 교수가 이끄는 국제 연구팀은 꾸준한 흐름 대신 고주파 펄스 전류를 사용하면 배터리 마모를 크게 줄일 수 있다는 사실을 발견했다.
기존 충전 방식의 단점
리튬 이온 기술은 스마트폰 전원 공급부터 전기 자동차에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되는 현대 휴대용 전원의 필수 요소다. 하지만 이러한 배터리는 여러 번 충전하면 용량이 감소한다는 단점이 있다. 이번 연구는 혁신적인 충전 방식이 배터리 환경에 혁명을 일으킬 수 있다는 가능성을 보여준다.
고주파 펄스 충전의 효과
니켈, 망간, 코발트 및 그래핀(NMC532)으로 만든 전극은 일반적으로 최대 8년 동안 사용할 수 있다. 기존의 정전류(CC) 충전 방식이 표준이었지만, 최근 연구 결과에 따르면 이것이 배터리 수명을 위한 최적의 전략은 아니라는 것이 밝혀졌다. 과학자들은 비교 연구를 통해 펄스 전류(PC) 충전이 고체 전해질 인터페이스 두께를 줄이고 전극 균열을 감소시키는 것으로 나타났다.
펄스 충전의 작동 원리
야오린 쉬 박사는 BESSY II 및 PETRA III 싱크로트론 기술을 사용하여 충전 과정 중 내부 작동 방식을 조명했다. 이 분석을 통해 펄스 충전이 리튬 이온의 보다 균일한 분포를 촉진하고 배터리 흑연 구조 내의 변형을 감소시킨다는 사실이 밝혀졌다. 이는 양극의 기계적 무결성을 향상시킬 뿐만 아니라 음극 재료 구조의 변화도 완화한다.
이 향상된 충전 프로토콜의 핵심은 펄스 주파수다. 구형파 형태의 고주파 펄스는 배터리 용량의 80%를 유지하면서 배터리 수명을 두 배로 늘리는 능력을 입증했다.
미래 전망
이번 발견은 단순한 학문적 성과가 아니다. 이는 배터리 충전 방식에 대한 실질적인 변화를 의미하며 향후 에너지 저장 시스템의 내구성을 재정의하여 장치와 차량의 수명을 연장하고 성능을 향상시킬 수 있다. 이번 발견은 보다 지속 가능하고 오래 지속되는 에너지 저장 솔루션을 위한 유망한 기반이 될 것이다.
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