| [미국] 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지 개발 시작
엔이아이 코퍼레이션(NEI Corporation)사는 전해질이 유기 솔벤트가 아닌 물에 용해되는 리튬-이온 축전지를 개발하는 중이다. 이 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지는, 현재의 최첨단 리튬-이온 축전지가 보유한 유기 솔벤트가 매우 높은 화염성을 가진다는 리스크를 제거할 가능성이 있다.
축전지가 과충전되거나 회로가 단선될 경우, 유기 솔벤트는 심각한 안전 위험요소가 있다. 화재를 유발하는 많은 리튬 축전지 사고의 경우가 최근 몇 년 동안에 많이 보고되고 있다. 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지도 $/kWh 단위 측면에서 검토하면, 상당한 비용 절감의 가능성을 가지고 있다.
물에 기반을 둔 전해질을 사용하여 리튬-이온 축전지 셀을 제작한다는 콘셉트는 이전부터 알려지고 연구됐지만, 중요한 한계는 셀 전압을 제한하는 물에 대한 좁은 전자화학적 안정성 범위이다. 예를 들어, 물에 대한 전자화학적 안정성 범위는 0V~1.25V 범위 이내이다. 물의 전기분해는 이 전압 범위를 벗어나서 발생한다.
이와 비교하여, 유기 솔벤트에 기반을 둔 전해질은 적어도 4V까지는 안정성을 유지할 수 있다. 셀 전압이 낮아질수록, 에너지 밀도는 낮아진다. 결과적으로, 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지는 낮은 에너지 밀도를 가지고 있다.
최근에, 엔이아이 코퍼레이션(NEI Corporation)사의 과학자와 엔지니어들이 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지 시스템이 가진 전압 안정성 문제를 극복할 수 있는 새로운 물질 콘셉트를 개발했다. 이 기술혁신은 리튬-이온 축전지 셀에 사용되는 물질의 조성과 형태론 측면에서 보인다. 물에 기반을 둔 이 기술은 미국 환경보호국의 중소기업 기술혁신 연구(SBIR, Small Business Innovation Research) 프로그램의 자금지원을 통해 개발되는 중이다.
엔이아이 코퍼레이션(NEI Corporation)사는 리튬 축전지에 사용되는 커스터마이징된 캐소드와 애노드를 위한 소스에 대한 전문적인 역량을 가진 기업이다. 이 회사는 나노 크기의 입자 엔지니어링 및 표면 수정분야를 포함한 새로운 조성 및 입자 형태학 개발에 전문적인 기업이다.
엔이아이 코퍼레이션(NEI Corporation)사의 매치(MATCH) 서비스는 물질의 분석, 시험 그리고 특성화(Materials Analysis, Testing and Characterization)를 나타내는 것으로, 새로운 물질 개발에 매우 중요한 역할을 한다. 이 회사는 광범위한 축전지 특성화와 연구시설을 보유하고 있는데, 그것에는 멀티-채널 셀 테스터와 고체 상태 및 액체 상태에 기반을 둔 방식 모두를 사용하여 기존 그리고 커스터마이징된 전극 물질을 제작하는 시설이 포함된다. 비용효과적인 제품, 광범위한 물질 개발, 특성화 그리고 고객에게 필요한 전자화학적 시험 서비스를 제공함으로써, 이 회사는 다양한 고객의 요구를 수용하고 있다.
엔이아이 코퍼레이션(NEI Corporation)사는 물에 기반을 둔 리튬-이온 축전지를 공동개발하고 시험하며 품질 성능을 높이도록, 축전지 개발회사와 파트너십을 맺는 것을 언제나 환영하고 있다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 26일]
[원문보기]
NEI initiates development of water-based lithium-ion batteries
NEI Corporation is developing a lithium-ion battery where the electrolytes are dissolved in water instead of an organic solvent. The aqueous-based lithium-ion battery has the potential to eliminate the risks associated with state of the art lithium-ion batteries, where the organic solvents are highly flammable. In the event of a battery overcharge or a short circuit, the organic solvents pose serious safety hazards.
A number of cases of lithium batteries catching fire have been reported in recent years. Aqueous-based lithium-ion batteries also have the potential to significantly reduce cost, measured in terms of $/kWh.
Environmentally-friendly, non-flammable, Li-Ion batteries While the concept of a lithium-ion cell using a water-based electrolyte has been known and studied, a major limitation is the narrow electrochemical stability window for water, which restricts the cell voltage. For example, the electrochemical stability window for water is within the range of 0 to 1.25V; electrolysis of water occurs outside this voltage range.
In contrast, organic solvent-based electrolytes are stable up to at least 4V. The lower the cell voltage is, the lower the energy density is, and consequently, water-based lithium-ion batteries have had low energy densities. Recently, scientists and engineers at NEI Corporation have developed new materials concepts that can overcome the voltage stability issue of water-based lithium-ion systems.
The innovations pertain to the composition and morphology of the materials used in the lithium-ion cell. The aqueous-based technology is being developed with funding from the Environmental Protection Agency's Small Business Innovation Research (SBIR) Program. NEI has been a long trusted source for customized cathode and anode materials used in lithium batteries. The company specializes in developing new compositions and particle morphologies, including nanoscale particle engineering and surface modification.
NEI's MATCH service - Materials Analysis, Testing and Characterization - also plays a critical role in assisting new materials development. NEI has an extensive battery characterization and research facility, which includes multi-channel cell testers, as well as conventional and customized electrode material manufacturing capabilities using both solid state and solution-based methods.
By offering cost-effective products, comprehensive materials development, characterization, & electrochemical testing services to its customers, NEI is able to accommodate to a variety of customer needs. NEI Corporation welcomes the opportunity to partner with a battery manufacturer to co-develop, test and qualify the water-based lithium-ion batteries.
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