배터리 재료 연구 개발 중의 열 분석 기술

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날짜:2025-08-29읽기 :0

리튬이온전지 (LIBs) 와 수소연료전지 (HFCs) 는 전기차에서 산업 응용에 이르기까지 다양한 분야에 전력을 공급하기 위해 더 청정에너지로의 전환을 추진하고 있다.이러한 기술은 지속 가능한 전력을 공급하는 데 필수적입니다.전 세계적으로 배터리 수요가 급증할 것으로 예상된다.2020년에는 전 세계 배터리에 저장된 에너지가 1억 8500만 가구에 한 시간 동안 전력을 공급할 수 있다.2030년에는 20억 가구 이상, 즉 10배 이상으로 늘어날 것으로 예상된다.개인 자동차, 상업용 트럭 및 대중 교통의 에너지 저장에 대한 수요가 증가하고 전 세계 배터리 수요가 급증하면서 배터리 재료의 개발이 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다.

비록 이미 일부 진보를 가져왔지만 리튬이온전지와 연료전지기술은 여전히 도전에 직면해있다.이러한 과제에는 안전성 및 신뢰성 문제, 지속 가능성 문제, 원자재 추출, 제한된 수명 및 과도한 충전 시간이 포함됩니다.현재 중점은 새로운 재료 구성을 개발하여 더 높은 전하 밀도에 대응하고 더 높은 열 안정성, 더 높은 지속 가능성, 더 저렴한 가격을 제공하는 것입니다.이는 차세대 배터리와 연료전지의 개발이 큰 발전 기회를 맞이할 것이며, 2024년까지 배터리 에너지 저장 분야에 대한 투자는 500억 달러를 넘을 것이라는 것을 의미한다.

재료 개발에 초점을 맞추다

신기술의 연구 개발은 종종 기존 재료에 대해 미세하지만 관건적인 개량을 진행해야 한다.예를 들어, 연구자들은 다양한 리튬 과도 금속 산화물을 배터리 양극 재료로 사용하려고 시도하고 있으며, 나노 구조를 중점적으로 연구하고 제조 공정을 최적화하고 있습니다.

이 분야의 많은 연구에서 연구자들은 재료를 미세하게 조정해야 하며, 이어서 이러한 미세한 조정이 재료의 기본 성능에 어떻게 영향을 미치는지 관찰해야 한다.이것이 바로 열 분석(TA) 기술이 중요한 역할을 하는 부분이다.

열 분석 기술을 이용하여 재료의 특성을 분석하다.

재료 열 분석은 광범위한 범주를 포함하며, 서로 다른 측정 기구를 통해 다양한 특성을 측정할 수 있다.예:

차시 주사량 열법(DSC)열흐름을 측정하여 유리화 변환, 용융, 결정, 열용량, 결정도 및 열 안정성 등의 특성을 포함한 재료의 핵심 성능 매개변수를 측정하는데, 이러한 특성은 분리막과 전해질의 개발에 매우 중요하다.
열중량 분석(TGA)타성과 산화환경에서의 재료의 수분함량, 잔류용제, 특정온도에서 방출되는 성분함량 및 열안정성 등 중요한 정보를 제공할수 있는데 이런 정보는 전지의 각 부품의 연구개발에 관건적인 지도가치를 갖고있다.
동기식 열 재분석(STA)차시 스캔량 열법(DSC)과 열중량 분석(TGA) 기술을 결합해 열흐름과 중량 변화를 동시에 측정해 배터리 소재의 열행동 특징을 포괄적으로 해석할 수 있다.
열기계 분석(TMA)서로 다른 온도에서 재료의 열팽창과 수축을 측정하는 것은 배터리 분리막을 평가하는 데 매우 중요하다.
동적 열기계 분석(DMA)서로 다른 주파수에서 재료의 점탄 성능을 측정하는 것은 배터리 재료 연구에 매우 중요하다.

이러한 기술은 연구자들이 배터리 재료를 이해하고 개선하는 데 도움이 됩니다.

배터리 구성 요소의 방열 동작에 대한 차시 스캔량 열법(DSC) 예

다음 그림은 DSC를 사용하여 열 안정성을 결정하기 위해 전해액과 양극 재료의 방열 동작을 측정하는 방법을 보여줍니다.

동기식 열 재분석(STA) 및 Real View 사용®분리막 열 안정성 테스트의 예

STA를 사용하여 순수 폴리에틸렌 분리막의 열 안정성을 테스트한 결과 450°C에서 열분해가 한 번 발생한 것으로 나타났다.샘플의 품질이 작기 때문에 (0.056 mg), 가벼운 베이스라인 변동이 관찰되었습니다.Real View®이미지는 측정 과정에서 이러한 파동이 샘플 디스크에서 재료가 이동하고 모양이 바뀌었기 때문에 발생했다는 것을 확인합니다.

다양한 분리막 열 팽창성을 비교하는 열 기계 분석(TMA) 예

TMA 그래프는 각종 격막이 당김에 작용하는 열팽창 상황을 보여준다.순수 폴리에틸렌 분리막 (녹색) 은 팽창과 수축이 가장 크지만 산화 알루미늄 코팅 분리막 (빨간색) 은 팽창과 수축이 가장 작다.방향성 코팅 분리막 (파란색) 의 수축 온도가 가장 높아 다른 두 가지 분리막보다 형태 유지 능력이 우수하다는 것을 보여준다.

재료 불순물 검사

일부 불순물의 존재는 연구 결과에 편차를 일으켜 결과 불일치와 재료 특성 이상을 초래할 수 있다.열 분석은 폴리머 샘플에 지문과 같은 열 특성으로 인해 다른 재료에 대한 정보를 정확하게 제공하는 다른 재료가 있는지 여부를 나타냅니다.

결론

배터리 재료의 진보는 미래의 지속 가능한 에너지 발전에 매우 중요하다.열 분석 기술을 활용하여 제조업체는 현대 애플리케이션의 까다로운 요구 사항을 충족하는 소재를 개발하여 안전성, 신뢰성 및 효율성을 보장할 수 있습니다.열 분석 기술은 재료 특성에 대한 핵심 통찰력을 제공하여 운영 인력이 생산 공정을 최적화하고 제품 품질을 향상시키며 비용을 절감할 수 있도록 도와줍니다.첨단 열 분석 도구에 투자하면 혁신뿐만 아니라 제조업체가 빠르게 성장하는 에너지 분야에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

열 분석 장비 이해

히타치 분석 기기의 DSC, STA, DMA 및 TMA 시리즈 제품은 연구 개발 과정에서 재료의 열 안정성을 정확하게 나타낼 수 있습니다.우리만의 리얼뷰.®시료 관측 시스템은 실험 과정에서 재료의 변화를 실시간으로 나타낼 수 있다.

마지막 기사:

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