.Study shows that creating highly performing cobalt-free cathodes is possible

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.Study: Lagoons from Arctic's forgotten coast vulnerable to climate change and human development

연구: 기후 변화와 인간 개발에 취약한 북극의 잊혀진 해안에 있는 석호

연구: 북극의 "잊혀진 해안"의 석호는 물고기와 새로 가득 차 있으며 기후 변화와 인간 개발에 취약합니다.

야생 동물 보호 협회 WCS 기술자 Thomas House가 양고기인 Aukulak Lagoon을 들고 있습니다. 크레딧: Kevin FraleyOCTOBER 6, 2022

WCS가 주도하는 새로운 과학 리뷰 기사는 북극 베링기아 지역의 해안 석호 생태계의 독특하고 역동적인 특성을 포착하고 기후 변화 영향과 인간 개발이 이러한 서식지를 어떻게 변화시킬 수 있는지 논의합니다. 석호는 알래스카 축치해 해안선의 40%를 구성하며 Cape Krusenstern National Monument, Bering Land Bridge National Preserve 및 Alaska Maritime National Wildlife Refuge와 같은 생태 보호 지역의 필수 구성 요소입니다.

또한 식량 안보를 유지하기 위해 사냥과 채집에 의존하는 Iñupiat 사람들에게 중요한 야생 식량 수확 장소입니다. 석호에서 흔히 볼 수 있는 어종에는 쉬미피쉬, 돌리 바덴 숯, 사프란 대구와 같은 중요한 생존 수확 종, 상업적으로 중요한 연어, 베링 시스코 및 알래스카 블랙피쉬와 같은 베링기아 고유 분류군이 포함됩니다. 석호 주변에 둥지를 틀고 먹이를 찾는 새에는 툰드라 백조, 카스피 제비 갈매기, 북극 제비 갈매기, Sandhill 두루미, 긴꼬리 예거, 청갈매기가 있습니다. 석호를 따라 또는 근처에서 우리가 흔히 만나는 포유류 종에는 사향소, 회색곰, 턱수염 바다표범, 벨루가, 순록, 비버가 있습니다. 리뷰 기사는 캘거리대학교와 북미북극연구소가 발행하는 과학저널 ' 북극 ' 2022년 9월호에 게재됐다.

주 저자인 Kevin Fraley 박사는 알래스카 페어뱅크스에 위치한 WCS 북극 베링기아 프로그램의 수산 생태학자입니다. "이 리뷰는 WCS와 이 석호에서 파트너가 수행한 10년 간의 어업 모니터링 및 연구 노력의 결실이며, 연구할 이러한 독특하고 중요한 생태계의 많은 측면이 여전히 있지만 이 기사는 북극 해안 석호에 대한 최고의 이해를 나타냅니다. 현재까지의 구조와 생태학"이라고 Fraley는 말합니다. 이 기사를 완성하기 위해 저자들은 베링 랜드 브리지 국립 보호 구역, 케이프 크루젠스턴 국립 기념물 및 알래스카 해양 국립 야생동물 보호구역 내의 여러 석호에서 수행된 장기간의 어업 모니터링 및 연구 노력의 결과를 종합했습니다. 또한 Iñupiat 및 기타 북서부 알래스카 주민들은 석호 생태 및 생존 가능한 수확 관행과 관련된 전통 생태학적 지식을 저자들에게 위탁했습니다.

마지막으로 관련 출판된 문헌을 검토하고 노력에 통합했습니다. 이 기사에서 제기된 가장 중요한 요점 중 하나는 석호 내의 물리적 배치, 수질 화학, 무척추 동물의 다양성, 물고기 생태(풍부함, 종 다양성 , 식단, 행동 및 생존)가 석호와 석호를 연결하는 계절 채널의 존재에 의해 좌우된다는 것입니다.

축치 바다. 이러한 수로가 좁고 그 레이아웃과 기능이 폭풍, 해안 침식, 자연 및 인공 수단에 의한 해변 자갈 구조 조정과 같은 섭동에 취약하기 때문에 수로에 영향을 미치는 기후 변화와 인간 개발 은 석호 생태계 에 불균형하고 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다 . 이 검토가 북극 베링기아 지역의 석호를 연구하는 과정에서 주요 벤치마크를 나타내지만 WCS와 파트너는 이러한 서식지를 계속 모니터링하여 자연 및 인위적 섭동으로 인한 생태학적 변화를 식별할 계획입니다. 또한 WCS는 이러한 독특한 생태계에 대한 이해를 높이고 보존을 옹호하기 위해 추가 연구 방법을 모색할 것입니다.

추가 탐색 알래스카에서 기록된 것보다 북쪽으로 1,000마일 떨어진 곳에서 둥지를 튼 카스피해 제비갈매기 발견

추가 정보: Kevin M. Fraley 외, The Forgotten Coast: A Synthesis of Current Knowledge of Southern Chukchi Sea Lagoon Ecosystems, ARCTIC (2022). DOI: 10.14430/arctic75608 야생 동물 보호 협회 제공

https://phys.org/news/2022-10-lagoons-arctic-forgotten-coast-vulnerable.html

 

 

 

.“Something Strange Is Going On” – Physicists Answer a Decades-Old Question

"이상한 일이 진행되고 있습니다" – 물리학자들은 수십 년 된 질문에 답합니다

양자 물리학 개념

주제:입자 물리학UC 산타 바바라메릴랜드 대학교워싱턴 대학교 캘리포니아 대학교 - 산타 바바라 10 월 6일, 양자 물리학 개념 물리학자들은 무질서한 시스템에서 양자 입자의 상호 작용에 관한 오랜 질문에 답했습니다.

다른 유형의 혼돈 University of California, Santa Barbara , University of Maryland 및 University of Washington의 물리학자들은 오랜 물리학 퍼즐을 풀었습니다. 초저온 원자 물리학 및 양자 시뮬레이션을 전문으로 하는 UCSB의 실험 물리학자인 David Weld는 "이것은 응집 물질 물리학에서 물려받은 정말 오래된 질문입니다."라고 말했습니다.

 

용접 실험실 광학 설정

 

용접 실험실 광학 설정 Weld Lab에서 사용하는 실험 설정. 크레딧: Tony Mastres

-다행히도 이 문제는 극저온 리튬 원자와 레이저를 사용한 실험의 범위를 벗어나지 않았습니다. 무질서하고 혼돈스러운 양자 시스템에 상호 작용이 도입되면 어떻게 될까요? Weld에 따르면 "이상한 양자 상태"입니다. "어떤 의미에서 고전적 예측과 상호작용하지 않는 양자 예측 사이에 있는 속성을 가진 변칙적인 상태입니다." 물리학자들의 연구 결과는 최근 Nature Physics 에 발표되었습니다 . “뭔가 이상한 일이 벌어지고 있어” 양자 영역은 이상하고 반직관적인 행동에 대해 실망하지 않습니다.

에너지 펄스를 받을 것으로 예상되는 것과 정확히 같은 동작을 하는 일반 진자를 고려하십시오. Weld는 "만약 당신이 그것을 차고 가끔씩 위아래로 흔드는 경우, 고전적인 진자는 지속적으로 에너지를 흡수하고, 여기저기서 흔들리기 시작하고, 전체 매개변수 공간을 혼란스럽게 탐색할 것입니다."라고 말했습니다. 혼돈은 양자 시스템에서 다르게 나타납니다. 무질서는 움직임 대신 입자를 일종의 정지 상태로 만들 수 있습니다. 그리고 고전적인 진자와 달리 걷어차는 양자 진자 또는 "로터"는 처음에는 걷어차기에서 에너지를 흡수할 수 있지만 반복된 킥 후에 시스템이 에너지 흡수를 중지하고 운동량 분포가 동적으로 국부화된 상태로 동결됩니다.

이러한 국부화는 "더러운" 전자 고체의 거동과 유사하며, 무질서한 결과로 움직이지 않고 국부화된 전자가 생겨 고체가 금속 또는 전도체(이동하는 전자)에서 절연체로 변하게 됩니다. 이러한 국소화 상태는 수십 년 동안 상호 작용하지 않는 단일 입자의 설정에서 연구되었지만, 무질서한 시스템에 상호 작용하는 여러 전자가 포함되어 있으면 어떻게 될까요? 이와 같은 질문과 양자 혼돈의 관련 측면은 Weld와 그의 공동 저자인 메릴랜드 대학 이론가인 Victor Galitski가 몇 년 전 Galitski가 Santa Barbara를 방문했을 때 토론하는 동안 염두에 두었습니다.

"Victor가 제기한 것은 간섭에 의해 안정화된 이 순수한 비상호작용 양자 시스템 대신에 이러한 로터가 여러 개 있고 모두 서로 충돌하고 상호 작용할 수 있다면 어떻게 되는지에 대한 질문이었습니다."라고 Weld는 회상했습니다. "로컬라이제이션이 지속됩니까, 아니면 상호 작용에 의해 파괴됩니까?" Galitski는 "사실, 통계 역학의 기초와 ergodicity의 기본 개념과 관련된 매우 어려운 질문입니다. 따라서 대부분의 상호 작용 시스템이 결국 보편적인 상태로 열화됩니다."라고 말했습니다. 뜨거운 커피에 찬 우유를 붓는 순간을 상상해 보십시오.

-컵의 입자는 시간이 지남에 따라 상호 작용을 통해 순수하게 뜨거운 커피도 차가운 우유도 아닌 균일하고 평형 상태로 정렬됩니다. 이러한 유형의 동작(열화)은 모든 상호 작용 시스템에서 예상되었습니다. 즉, 약 16년 전까지는 양자 시스템의 무질서가 다체 국부화(MBL)를 초래한다고 생각되기 전까지였습니다.

갈리츠키는 “올해 초 라스 온사거상(Lars Onsager Prize)이 인정한 이 현상은 이론적으로 엄밀하게 증명하거나 실험적으로 확립하기 어렵다”고 말했다. Weld의 그룹은 말 그대로 상황을 밝힐 수 있는 기술과 전문성을 갖추고 있었습니다. 그들의 연구실에는 빛의 정상파에 떠 있는 100,000개의 극저온 리튬 원자 가스가 있습니다. 각 원자 는 레이저 펄스로 걷어차는 양자 회전자를 나타냅니다. "우리는 Feshbach 공명이라는 도구를 사용하여 원자를 서로 은폐 상태로 유지하거나 임의의 강력한 상호 작용으로 서로 튕겨 나가도록 할 수 있습니다."라고 Weld는 말했습니다.

손잡이를 돌리면 연구원들은 리튬 원자를 라인 댄스에서 모쉬 피트로 이동시키고 그들의 행동을 포착할 수 있습니다. 예상대로 원자가 서로에게 보이지 않을 때 그들은 레이저를 특정 지점까지 걷어차고, 그 후에는 반복적인 발차기에도 불구하고 동적으로 국부화된 상태에서 움직임을 멈췄습니다. 그러나 연구원들이 상호작용에 전화를 걸면 국부적인 상태가 줄어들 뿐만 아니라 시스템이 반복적인 발차기로부터 에너지를 흡수하여 고전적인 혼란스러운 행동을 모방하는 것처럼 보였습니다. 그러나 Weld는 상호 작용하는 무질서한 양자 시스템이 에너지를 흡수하는 동안 고전 시스템보다 훨씬 느린 속도로 흡수하고 있다고 지적했습니다. "우리가 보고 있는 것은 에너지를 흡수하지만 고전적인 시스템만큼 잘 흡수되지 않는 것입니다."라고 그는 말했습니다.

“그리고 에너지는 시간에 따라 선형적으로 증가하는 대신 시간의 제곱근에 따라 대략적으로 증가하는 것 같습니다. 따라서 상호 작용이 고전적이지 않습니다. 여전히 변칙적인 비국소화를 나타내는 이상한 양자 상태입니다.” 혼돈에 대한 테스트 Weld의 팀은 상호 작용이 시간 가역성을 파괴하는 방식을 직접 측정하기 위해 운동적 진화가 앞으로 실행된 다음 뒤로 실행되는 "에코"라는 기술을 사용했습니다. 이러한 시간 가역성의 파괴는 양자 혼돈의 핵심 신호입니다. "이에 대해 생각하는 또 다른 방법은 다음과 같이 질문하는 것입니다. 일정 시간 후 시스템에 초기 상태의 메모리가 얼마나 있습니까?" 리튬 팀의 대학원생 연구원인 공동 저자인 Roshan Sajjad는 말했습니다. 그는 미광이나 가스 충돌과 같은 섭동이 없는 경우 물리학이 거꾸로 실행되면 시스템이 초기 상태로 돌아갈 수 있어야 한다고 설명했습니다.

"우리의 실험에서 우리는 첫 번째 정상적인 발차기 세트의 효과를 '취소'하여 발차기의 단계를 반대로 하여 시간을 되돌렸습니다."라고 그는 말했습니다. "우리의 매력 중 일부는 서로 다른 이론이 이러한 유형의 상호 작용 설정의 결과에 대해 서로 다른 행동을 예측했지만 아무도 실험을 수행한 적이 없다는 것입니다." "혼돈에 대한 대략적인 개념은 운동 법칙이 시간 가역적이지만 많은 입자 시스템이 섭동에 너무 복잡하고 민감하여 초기 상태로 돌아가는 것이 사실상 불가능할 수 있다는 것"이라고 수석 저자인 알렉 카오(Alec Cao)가 말했습니다. 왜곡은 효과적으로 무질서한(국소화된) 상태에서 시스템이 시간 역전할 수 있는 능력을 상실했음에도 불구하고 상호 작용이 국부화를 어느 정도 깨뜨렸다는 것입니다.

"순진하게도 상호 작용이 시간 역전을 망칠 것이라고 예상할 수 있지만 우리는 더 흥미로운 사실을 보았습니다. 약간의 상호 작용이 실제로 도움이 된다는 것입니다!" Sajjad이(가) 추가했습니다. "이것은 이 작업의 더 놀라운 결과 중 하나였습니다." Weld와 Galitski만이 이 퍼지 양자 상태를 목격한 것은 아닙니다. 워싱턴 대학의 물리학자인 Subhadeep Gupta와 그의 팀은 1차원 맥락에서 더 무거운 원자를 사용하여 유사한 결과를 생성하면서 동시에 보완적인 실험을 실행했습니다. 그 결과는 UC Santa Barbara 및 University of Maryland의 Nature Physics 와 함께 발표되었습니다 . “UW에서의 실험은 25배 더 무거운 원자가 한 차원에서만 움직이도록 제한되어 있는 매우 어려운 물리적 영역에서 진행되었지만 이론적 결과가 다음과 같은 영역에 빛을 비추는 주기적인 발차기에서 선형보다 약한 에너지 성장을 측정했습니다. 댈러스에 있는 텍사스 대학에서 이론가인 Chuanwei Zhang과 그의 팀과 협력한 그룹의 Gupta가 말했습니다. 많은 중요한 물리학 결과와 마찬가지로 이러한 발견은 더 많은 질문을 제시하고 고전 물리학과 양자 물리학 사이의 탐나는 연결이 밝혀질 수 있는 더 많은 양자 혼돈 실험을 위한 길을 열어줍니다. "David의 실험은 보다 통제된 실험실 환경에서 MBL의 동적 버전을 조사하려는 첫 번째 시도입니다."라고 Galitski가 말했습니다.

-"어떤 식으로든 근본적인 문제를 명확하게 해결하지는 못했지만 데이터는 이상한 일이 진행되고 있음을 보여줍니다." "응축 물질 시스템의 다체 위치 파악에 대한 방대한 작업의 맥락에서 이러한 결과를 어떻게 이해할 수 있습니까?" 용접이 물었다. “이 물질의 상태를 어떻게 특성화할 수 있습니까? 우리는 시스템이 비편재화되고 있지만 예상되는 선형 시간 의존성이 아님을 관찰합니다. 거기 무슨 일 이죠? 우리는 이러한 질문과 다른 질문을 탐구하는 미래의 실험을 기대하고 있습니다.”

참조: Alec Cao, Roshan Sajjad, Hector Mas, Ethan Q. Simmons, Jeremy L. Tanlimco, Eber Nolasco-Martinez, Toshihiko Shimasaki, H. Esat Kondakci, Victor Galitski 및 David M. Weld, 2022년 9월 26일, Nature Physics . DOI: 10.1038/s41567-022-01724-7 Jun Hui See Toh, Katherine C. McCormick, Xinxin Tang, Ying Su, Xi-Wang Luo, Chuanwei Zhang 및 Subhadeep Gupta의 "발동된 1차원 극저온 가스의 다체 동적 비편재화", 2022년 9월 26일, Nature Physics . DOI: 10.1038/s41567-022-01721-w

https://scitechdaily.com/something-strange-is-going-on-physicists-answer-a-decades-old-question/

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메모 2210071935 나의 사고실험 oms 스토리텔링

컵의 입자는 시간이 지남에 따라 상호 작용을 통해 순수하게 뜨거운 커피도 차가운 우유도 아닌 균일하고 평형 상태로 정렬됩니다. 이러한 유형의 동작(열화)은 모든 상호 작용 시스템에서 예상되었다.

샘플a.oms는 양자역학적 열평형을 알리는 oms=1의 값을 제시한다. 부분적으로는 혼돈스런 상황이지만 전체적으로는 이상스럽게도 조화와 균형 그리고 질서의 거대한 장이 펼쳐진다. 허허.

Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a

sample b.qoms(standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample b.poms(standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

sample c.oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

No photo description available.

 

-This problem falls under the category of 'multi-body' physics, which investigates the physical properties of quantum systems with multiple interacting parts. The many-body problem has been the subject of research and debate for decades, but the complexity of these systems with quantum behaviors such as superposition and entanglement opens up numerous possibilities that cannot be solved by computation alone. "Many aspects of the problem are beyond the scope of modern computers," Weld added.

-Particles in the cup interact over time so that they are aligned in a uniform and equilibrium state, neither purely hot coffee nor cold milk. This type of behavior (degradation) was expected in all interactive systems. That is, until about 16 years ago, it was thought that the disorder of quantum systems resulted in multi-body localization (MBL).

-"It doesn't clearly address the underlying problem in any way, but the data shows that something strange is going on." "How can we understand these results in the context of our massive work on multi-body localization of condensate systems?" Weld asked. “How can we characterize the state of this material? We observe that the system is delocalizing, but not the expected linear time dependence. What's going on there? We look forward to future experiments exploring these and other questions.”

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Memo 2210071935 My Thought Experiment oms Storytelling

The particles in the cup interact over time, so that they are arranged in a uniform and equilibrium state that is neither purely hot coffee nor cold milk. This type of behavior (degradation) was expected in all interactive systems.

Sample a.oms presents a value of oms=1 indicating quantum mechanical thermal equilibrium. Partly a chaotic situation, but on the whole, a huge field of harmony, balance, and order unfolds in a strange way. haha.

Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a

sample b.qoms(standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample b.poms(standard)
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000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

sample c.oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

 

 

 

.Study shows that creating highly performing cobalt-free cathodes is possible

연구에 따르면 고성능 코발트가 없는 음극을 만드는 것이 가능함

연구에 따르면 고성능 코발트가 없는 음극을 만드는 것이 가능함

잉그리드 파델리, Tech Xplore Co-free 1 mol% Mo - Li(Ni0.9Mn0.1)O2는 4.4V의 사이클링 테스트에서 기존의 Li(Ni0.9Co0.05Mn0.05)O2를 능가합니다. Mo6+를 도입하여 발생하는 입자 크기 미세화는 균열을 억제합니다. 기존의 캐소드는 사이클링 테스트가 끝날 때 되돌릴 수 없는 구조적 손상을 입었지만 캐소드 입자에 형성되었습니다. 제안된 Co-free 음극은 차세대 EV를 위한 새로운 계층의 음극을 나타냅니다. 크레딧: Park et al. OCTOBER 6, 2022

리튬 이온을 기반으로 하는 이차 전지인 리튬 이온 배터리는 현재 스마트폰에서 휴대용 컴퓨터, 장난감, 무선 헤드폰, 전기 자동차에 이르기까지 다양한 전자 장치에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 놀라운 성능에도 불구하고 이 배터리는 지속 가능하지 않고 값 비싼 원자재를 사용하여 만들어집니다. 이러한 재료 중 가장 주목할만한 것은 코발트(Co)로, 리튬 이온 배터리의 층상 음극을 만드는 데 사용됩니다. 최근 전기 자동차 에 대한 수요 급증으로 인해 코발트는 기술 및 전자 산업의 수요 증가로 인해 지구상에서 빠르게 희소해지고 있습니다.

-한양대학교와 태평양 북서부 국립연구소의 연구원들은 최근에 Co를 사용하지 않고 고성능 층상 음극을 만드는 것이 실제로 가능할 수 있음을 보여주었습니다. Nature Energy 에 발표된 그들의 논문 은 궁극적으로 보다 지속 가능하고 저렴한 리튬 이온 배터리 솔루션의 개발에 기여할 수 있습니다. 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 윤종석 교수는 TechXplore에 "선 교수와 저는 지난 20년 동안 양극 재료 에 대해 함께 연구해 왔습니다."라고 말했습니다. "Co의 고갈이 증가하고 공급이 불확실해짐에 따라 우리는 전기 자동차에 사용되는 Ni가 풍부한 층상 음극(NCA 또는 NCM)에서 Co를 제거하는 것이 점점 더 필수적이 되고 있음을 인식했습니다."

지금까지 리튬 이온 배터리의 적층 음극에서 Co를 제거하는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 이것은 소량의 이 물질로도 음극의 구조적 안정성을 크게 향상시킬 수 있고, 이는 차례로 소위 Li 삽입 역학을 촉진하기 때문입니다. 이것은 궁극적으로 배터리의 고성능을 가능하게 하는 필수적인 화학 공정입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 일부 연구자들은 Li(N x Mn 1-x )O 2 로 만들어진 음극 의 잠재력을 탐구하고 있습니다 . 틀림없이 가장 간단한 음극이 없는 구성입니다. 윤 교수는 "Li(Ni 0.5 Mn 0.5 )O 2 는 안정적인 사이클링 안정성을 가진 잘 연구된 Co-free 음극이지만 오늘날의 EV에는 불충분한 용량을 제공한다"고 말했다.

"Li(Ni 0.5 Mn 0.5 )O 2 의 Ni 함량 을 증가시켜 용량을 늘리려는 시도가 있었지만 용량 문제는 여전히 해결되지 않았습니다. Co가 없으면 호스트 구조에서 Li를 추출하기 어렵습니다." 고성능 Li(Ni 0.5 Mn 0.5 )O 2 음극을 생성하려는 이전의 시도에서 직면한 문제를 극복하기 위해 Yun과 그의 동료들은 음극의 작동 전압을 4.3V에서 4.4V로 높였습니다. 이를 통해 더 많은 양의 Li를 추출할 수 있었습니다. Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 로부터 배터리의 최고 작동 전압에서 에너지 밀도와 전력 밀도를 동시에 증가시켰습니다. 리튬 이온 배터리가 4.4V(가장 높은 작동 전압)에서 안정적으로 유지되도록 하기 위해 팀은 배터리의 음극 미세 구조와 전해질을 다시 설계해야 했습니다. 윤 교수는 “경험상 산화 상태가 높은 도펀트(Mo, W, Sb, Ta 등)를 도입하면 1차 입자 크기가 미세해지고 탈리튬화된 호스트 구조가 안정화된다는 사실을 알고 있었다”고 말했다.

"우리는 Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 캐소드를 1 mol% Mo 로 도핑하는 것이 최상의 성능을 제공한다는 것을 결정하기 위해 과거 경험을 기반으로 휴리스틱 접근 방식을 취했습니다 . Fluoroethylene carbonate도 기존 전해질에 첨가되어 전해질을 지지했습니다. 4.4 V 및 전해질 공격으로부터 음극 표면 보호 1 mol% Mo-Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2전기차 제조사가 지정한 배터리 수명을 충족하기에 충분한 초기 용량의 86%를 유지하면서 1,000회를 순환했습니다." 윤과 그의 동료들이 4.4V에서 1 mol% Mo-Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 음극 을 작동하려고 할 때 직면한 주요 어려움은 장기간 사이클링 동안 용량 감소(즉, 모든 것을 괴롭히는 시간 경과에 따른 용량 손실)였습니다. Ni가 풍부한 층상 음극을 기반으로 하는 충전식 배터리 ). 배터리가 합리적인 시간 동안 장치에 전원을 공급하기에 충분한 수명을 갖도록 하려면 먼저 이 용량 감소 문제를 해결해야 했습니다. "4.4 V에서 1 mol% Mo-Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 의 탁월한 사이클링 안정성 은 주로 입자 크기 미세화 및 양이온 정렬에 기인합니다"라고 윤은 설명했습니다. "Mo 6+ 이온은 입자간 경계를 따라 분리되는 경향이 있으며 수산화물 전구체를 Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 로 전환하는 데 필요한 고온 열처리 동안 입자 성장을 억제합니다 .

이 초미세 구조의 음극에서 입자 경계는 균열을 증가시킵니다. 충전 끝 근처의 급격한 격자 수축에 의해 생성된 균열을 편향시켜 인성을 향상시킵니다." 연구진의 음극에 있는 결정립계 는 또한 Li + 의 빠른 확산 경로로 작용할 수 있으며 , 이는 구성으로 인한 국소적 불균일성을 제거하고 과립내 균열을 억제합니다. Mo 6+ 를 도입함으로써 팀은 특정 방식으로(즉, Li 및 Ni 이온을 혼합하여) 음극에서 양이온을 배열할 수 있었습니다. 이 독특한 디자인은 음극이 Li + 이온 의 불균일한 추출로 인해 가장 취약할 때 음극의 구조를 안정화시킵니다 . "우리의 발견은 고성능 Co-free 층상 음극을 개발하는 것이 더 이상 어려운 목표가 아님을 시사합니다"라고 윤은 말했습니다. "고전압에서 제안된 1 mol% Mo-Li(Ni 0.9 Mn 0.1 )O 2 캐소드 사이클링은 현재 제조 기술로 달성할 수 있는 경제적으로 실행 가능한 솔루션입니다. 또한, 호스트 구조의 Li + 는 이 연구에서 Co-free 층상 음극의 구조적 및 기계적 내구성을 보장하기 위한 3차 도핑 요소를 선택하기 위한 재료 설계 기준을 제공합니다."

윤과 그의 동료들이 제안한 캐소드 디자인과 구성은 Ni가 풍부한 층상 캐소드의 일반적인 성능 향상을 목표로 하는 향후 연구 노력의 지침이 될 수 있습니다. 또한, 그들의 작업은 Co 기반 기술보다 지속 가능하고 저렴할 수 있는 고성능 Co-free 배터리 기술을 만드는 길을 열 수 있습니다. 윤 연구원은 “장거리 주행거리와 안전성이 향상된 고성능 전기차를 위해 차세대 리튬이온 배터리는 니켈이 풍부한 무코발트(Co-free) 양극을 특징으로 하는 전고체전지(ASSB)가 될 것”이라고 덧붙였다. "우리는 현재 제안된 Co-free 음극을 ASSB에 적용할 가능성을 조사하고 있습니다." 추가 탐색 새로운 음극 설계로 더 나은 리튬 이온 배터리에 대한 주요 장벽 해결 추가 정보: 박건태 외, 실용적인 리튬 이온 배터리용 코발트가 없는 층상 음극에 고가 원소 도입, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01106-6 저널 정보: 네이처 에너지

https://techxplore.com/news/2022-10-highly-cobalt-free-cathodes.html

 

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