기본 제안

에너지 변환 및 저장 시스템의 근본적인 발전을 이루기 위해서는 새로운 소재 설계가 필수적입니다. 이 두 가지 모두 환경을 해치는 연소 연료에 의존하지 않고 에너지를 대체해야 하는 지구 온난화 완화라는 과제에 필수적인 요소입니다.

당사는 경량성, 열 및/또는 방사선 분해 저항성, 고성능 및 소량 소재에 대한 장수가 필수 요건인 틈새 응용 분야에서 에너지 저장 시스템 성과물을 개선하기 위한 양자 제한적이고 원자적으로 구조화된 소재를 제공합니다.

원자적으로 구조화된 에너지 저장 재료

현대 배터리/에너지 저장 기술에서 실리콘(Si) 기반 전극은 리튬화/탈리튬화 공정 중에 엄청난 부피 변화를 겪습니다. 이로 인해 실리콘 나노구조가 분쇄되고 결과적으로 배터리의 사이클 특성이 단축됩니다.

실리센 카바이드(SixC)는 가장 내식성이 강한 세라믹으로, 최대 1400°C(2552°F)까지 강도를 유지할 수 있습니다. 나노구조화되고 원자적으로 구조화된 형태로 SixC는 상당히 높은 경도를 보이며, 긴 사이클 시간 후에도 구조를 유지합니다.

리튬 이온 배터리(LIB)의 애노드 재료로 사용되는 나노구조 SixC는 우수한 사이클 안정성, 우수한 정격 용량 및 낮은 임피던스를 나타냅니다. 원자 구조 재료의 크기가 작을수록 응력/변형 허용 범위가 커집니다. 이를 통해 분쇄가 최소화되고 이러한 원자 구조 재료가 통합된 배터리의 사이클 수명이 연장됩니다.

원자 구조의 SixC 나노튜브는 고온 마이크로 울트라캐패시터에 적용 가능하며, 연구 결과 뛰어난 안정성과 긴 서비스 수명을 보였습니다.

나노기술은 반직관적인 영역으로, 표면적이 상당히 증가하고 크기가 소형화됨에 따라 더 적은 재료만으로 더 많은 기능을 달성할 수 있습니다. 이러한 고표면적 재료, 특히 양자 구속 크기 범위(< 20nm)에서는 매우 적은 양자 재료를 사용하여 고성능, 내구성, 경량 시스템을 달성할 수 있습니다. 원자 구조는 재료 설계 및 제조 공정에 통합된 추가 단계로, 양자 재료의 기능과 환경 적합성을 모두 높여 적용 범위를 보다 효율적이고 다재다능하게 만듭니다. 진보의 필수 목표는 반드시 재료의 부피가 아니라 에너지 밀도를 높이는 것입니다.

양자 도메인

원자 구조의 나노 물질의 양자 영역에서의 진보는 부피를 늘리는 것이 아닙니다. 양자 영역에서의 업스케일은 물질의 양보다는 표면적의 증가와 결과적으로 물질의 성능을 통해 이루어집니다. 이는 재료 표면의 작동 영역에서 더 많은 원자를 재배치하는 방법에 대한 이해를 통해 이루어집니다. 양자 재료의 경우처럼 표면적 대 부피 비율을 높이면 전기화학 활성 영역이 증가하고 수송 길이가 감소하여 에너지와 전력 밀도가 모두 향상됩니다. 적을수록 좋습니다: 양자 물질은 조정되지 않은 원자의 원시 에너지를 활용하는 것으로, 상당한 활용 가능성이 열려 있습니다. 본질적으로 자연과의 독특한 협업이며 양자 물질이 그 관문입니다.

양자 한정 재료는 작업을 완료하는 데 필요한 재료가 조금만 있어도 되는 더 강력한 운영 플랫폼을 제공합니다. 이러한 재료를 사용하면 양자 재료의 치수가 너무 작아서(< 20nm) 변형 및 파손의 대량 미세 기계적 프로세스를 허용할 수 없기 때문에 더 작고 가볍지만 견고하고 상당히 효율적인 내구성 있는 장치를 얻을 수 있습니다. 따라서 사이클 수명이 향상됩니다.

양자 재료 도메인은 산업적으로 가장 탐구되지 않았지만 오늘날 나노 기술을 발전시키는 데 가장 바람직한 재료 영역을 나타냅니다. 또한 산업 수요를 충족시키기 위해 제조하기는커녕 고급화하기 가장 어려운 재료 세트를 나타냅니다. NANOARC는 이러한 장애물을 극복하여 차세대 배터리 기술을 개선하기 위한 양자 한정, 원자 구조 나노 재료를 제공하며, 훨씬 더 얇고 가볍고 독성이 적은 재료 구조를 제공합니다.

리튬 이온 배터리용 나노첨가제로서 양자 물질 나노입자는 초미세 크기와 매우 높은 비표면적(SSA)을 제공하여 나노첨가제가 양극 또는 양극 전체에 잘 분산되어 광범위한 내구성을 부여할 수 있습니다.

E=MC2 방정식을 통해 아인슈타인은 소량의 질량이 막대한 양의 에너지를 방출할 수 있음을 나타냈습니다. 막대한 양의 에너지는 작은 물질에 저장되었기 때문에 방출됩니다.

고에너지 밀도 저장은 부피가 아니라 원자 규모에 가까운 양자 도메인에서의 재료 설계에 관한 것입니다. 원자 규모는 핵 에너지를 매우 강력하게 만드는 것입니다. 방사성 방사선의 부작용 없이 이 고에너지 도메인을 활용하는 것이 우리가 에너지 저장 시스템 제조업체에 제시하는 것입니다.

양자 입자 크기가 중요합니다

나노입자는 결정립계 형성을 금지할 수 있어야 합니다. 10nm 크기에서는 1~2개의 전위만 결정립 내부에 들어갈 수 있습니다. 대부분의 재료에서 이는 나노입자가 10nm보다 훨씬 작다는 것을 의미하는데, 더 큰 나노입자 크기에서는 2차 결정립계가 나타나기 시작하기 때문입니다. 예를 들어, SnOx와 같은 재료에서 결정립계 출현을 위한 임계 크기는 7nm입니다.

이 크기가 왜 중요한가요?

결정립계는 재료의 전기 및 열 전도도를 감소시키는 경향이 있는 결정 구조의 2차원 결함입니다. 대부분의 결정립계는 부식이 시작되는 우선적인 부위입니다.

결정립계는 전위에 대한 극복할 수 없는 경계이며 나노입자 내의 전위 수는 인접한 결정립에서 응력이 축적되는 방식에 영향을 미쳐 결국 전위 소스를 활성화하고 이웃 결정립에서도 변형을 가능하게 합니다.

나노입자 크기를 줄임으로써 결정립계에 쌓이는 전위 수에 영향을 미치고 항복 강도, 즉 변형이 시작되기 전에 나노입자가 견딜 수 있는 최대 응력을 향상시킬 수 있습니다.

이러한 중요한 크기의 예는 배터리용 애노드 소재 중 가장 많이 연구된 SnOx에서 볼 수 있습니다. 보어 반경이 ~2.7nm이므로 직경이 5nm 미만인 양자 구속 SnOx가 변형/분쇄에 대한 저항을 강화하고 상당히 긴 배터리 수명을 제공하는 SnOx 기반 애노드에 가장 적합하다는 것을 의미합니다.