리튬-이온 전지를 빨리 충전하는 법 (KISTI)

연구자들이 전기차에서 사용되는 리튬-이온 전지(lithium-ion batteries)를 더 빨리 충전하는 광 여기(photo-excitation) 과정을 발견했다.

빛에 음극을 노출시키자 리튬-이온 전지에서 충전 시간을 크게 줄어들었다.

보통 전기차를 충전하는데 약 8시간이 걸린다. 전지에 훨씬 높은 전하를 전달해서 전기차를 초고속으로 충전하는 특별한 충전소도 있지만, 짧은 시간에 너무 높은 전하를 흘리면, 전지 성능이 악화된다.

보통 전기차를 위한 리튬-이온 전지는 완전한 전기화학적 반응을 위해서 천천히 충전된다. 이 반응은 산화물 음극으로부터 리튬을 제거하여 흑연 양극에 넣는다.

현재 리튬-이온 전지에서 전극들은 불투명한 용기 안에 들어 있어서, 어두운 상태에서 작동한다. 그 연구자들은 투명한 석영 창을 이용해서, 충전하는 중에 전극에 집중화된 빛을 비출 수 있게 했다.

 그들은 충전 중에 백색광이 음극 물질과 우호적으로 상호작용할 것이라는 가설을 세웠다. 음극 물질로 리튬 망간 산화물(lithium manganese oxide, LiMn2O4 (LMO))을 이용했다.  LMO는 빛과 상호작용하는 것으로 알려진 반도체 물질이다. 충전 중에 광자를 흡수해서, LMO에 있는 망간이 3가(Mn3+)에서 4가(Mn4+)로 전하 상태를 바꾼다.  그 결과, 리튬 이온이 음극으로부터 더 빠르게 배출된다. 이 조건에서 전지 반응이 더 빠르게 일어나서, 전지 수명이나 성능을 저하시키지 않으면서 충전이 두 배 이상 빨라진다.

이 발견은 처음으로 광학과 전지기술을 통합한 것으로, 전지를 위한 혁신적인 충전의 미래를 보여준다.