배터리 안전 및 성능을 위한 그래핀 포일

그래핀 기술의 혁신

• 그래핀 기술이 배터리의 안전성과 성능을 혁신적으로 변화시키고 있다.
• 이 기술은 리튬 이온 배터리의 안전성을 향상시키는 데 기여하고 있으며, 열 관리에서 우수한 성능을 발휘한다.
• Swansea University의 연구자들이 이 기술을 개발하였으며, Wuhan University of Technology 및 Shenzhen University와 협력하였다.
• 이 연구 결과는 Nature Chemical Engineering에 발표되었으며, 상업적 규모로 결함 없는 그래핀 포일을 생산하는 첫 번째 성공적인 접근법을 제시하였다.

그래핀의 배터리 안전성 향상

• 그래핀 집전체의 대규모 생산 기술이 개발되었다.
• 이 기술은 리튬 이온 배터리의 안전성과 성능을 크게 향상시킬 수 있는 가능성을 지닌다.
• 그래핀은 뛰어난 특성으로 알려져 있으며, 상업적 배터리 제조에 쉽게 통합될 수 있는 품질로 생산될 수 있다.

그래핀 호일 기반 셀

열 전도성의 중요성

• 그래핀은 열 전도성이 뛰어난 물질로, 전류 수집기에서의 활용이 기대된다.
• 개발된 그래핀 포일은 1,400.8 W m–1 K–1의 열 전도성을 가지며, 이는 전통적인 구리 및 알루미늄 전류 수집기보다 거의 10배 높은 수치이다.
• 이러한 향상된 전도성은 전기차와 같은 고에너지 리튬 이온 배터리에서 발생하는 강렬한 열을 효율적으로 관리하는 데 중요한 역할을 한다.

열 관리와 배터리 성능

• 전통적인 금속 수집기를 대체함으로써, 그래핀 기반 수집기는 극심한 열의 축적을 방지하여 배터리 고장 및 화재를 예방할 수 있는 안전한 대안을 제공한다.
• 열 폭주를 방지하는 것이 배터리 기술에서 가장 중요한 도전 과제 중 하나이다.
• 새로운 그래핀 포일은 열을 더 효과적으로 방출하도록 설계되어 열 폭주의 가능성을 줄인다.

열 폭주 문제 해결

• 열 폭주는 배터리가 과도한 열을 발생시켜 이를 방출하지 못하는 위험한 상태이다.
• Dr. Jinlong Yang은 그래핀 구조가 가연성 가스의 형성을 방지하고 산소가 배터리 셀에 침투하는 것을 막는 강력한 장벽을 제공한다고 설명하였다.

내구성과 유연성

• 그래핀 포일은 뛰어난 내구성을 보여준다.
• 연구자들은 200미터 길이의 그래핀 포일을 제작하였으며, 두께는 17마이크로미터에 불과하다.
• 이 포일은 10만 번 이상 구부려도 높은 전기 전도성을 유지하여 유연성과 회복력을 입증하였다.

스케일업과 맞춤형 제작

• 이 공정의 스케일업은 그래핀 응용 분야에서 중요한 도약을 의미한다.
• 그래핀 포일은 맞춤형 두께로 생산할 수 있어 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있다.
• 두꺼운 포일은 고강도 응용 분야에서 내구성을 향상시킬 수 있으며, 얇은 포일은 경량 재료가 필요한 상황에 적합하다.

열 폭주와 안전성

• 열 폭주는 리튬 이온 배터리에서 가장 시급한 안전 문제 중 하나이다.
• 배터리의 내부 온도가 임계값을 초과하면, 배터리는 열을 방출하는 것보다 더 빠르게 열을 생성하기 시작한다.
• 전통적인 금속 전류 수집기는 열을 효율적으로 전달하는 데 한계가 있어, 고에너지 밀도 배터리에 적합하지 않다.

그래핀의 실용적 응용

• 그래핀 포일이 장착된 리튬 이온 배터리는 더 빠른 열 방출을 보여준다.
• 이는 배터리 팩 내에서 국부적인 열 집중을 방지하여 열 고장의 주요 원인을 제거한다.
• 그래핀 전류 수집기가 장착된 배터리는 안정적인 온도를 유지할 수 있어, 알루미늄 및 구리 포일에서 발생할 수 있는 빠른 발열 반응을 피할 수 있다.

상업적 생산 가능성

• 이 혁신적인 접근법은 배터리 기술에서 가장 중요한 도전 과제 중 하나에 대한 해결책을 제공한다.
• 그래핀 포일은 상업적 생산이 가능하며, 길이는 미터에서 킬로미터까지 다양하게 제작할 수 있다.
• 이 기술은 차세대 에너지 저장 솔루션을 이끌어갈 가능성을 지닌다.

https://www.thebrighterside.news/post/breakthrough-graphene-technology-revolutionizes-battery-safety-and-performance/