소개글
"전고체 배터리 화학1 탐구"에 대한 내용입니다.
목차
1. 리튬 이온 배터리의 발전 과정
1.1. 리튬 이온 배터리의 역사
1.2. 리튬 이온 배터리의 원리
1.3. 리튬 이온 배터리 양극재의 발전
2. 리튬 이온 배터리의 특성
2.1. 리튬 이온 배터리의 장점
2.2. 리튬 이온 배터리의 단점
3. 리튬 이온 배터리의 활용과 관리
3.1. 리튬 이온 배터리의 활용 분야
3.2. 리튬 이온 배터리의 관리 방법
4. 참고 문헌
본문내용
1. 리튬 이온 배터리의 발전 과정
1.1. 리튬 이온 배터리의 역사
리튬 이온 배터리의 역사는 1970년대부터 시작되었다. 리튬 이온 배터리는 빙엄턴 대학의 위팅엄 교수와 엑슨 사에 의해 처음 제안되었다. 위팅엄 교수는 이황화티탄을 양극으로, 금속 리튬을 음극으로 사용하였다. 이후 1980년에 야자미를 필두로 하는 그르노블 공과대학과 프랑스 국립 과학 연구센터의 연구진에 의해 흑연 내에 삽입된 리튬 원소의 전기화학적 성질이 밝혀졌다. 그들은 리튬과 폴리머 전해질, 흑연으로 이루어진 반쪽 전지 구조에 대한 실험을 통하여 흑연에 리튬 원소가 가역적으로 삽입됨을 밝혀냈고, 이 연구 내용이 1982년과 1983년에 출판되었다.
기존의 리튬 전지는 음극이 금속 리튬으로 이루어져 있었고, 그 때문에 안전성이 낮았다. 따라서 리튬 이온 배터리는 금속의 리튬 덩어리가 아니라 리튬 이온을 포함하는 물질을 음극과 양극으로 사용하는 방향으로 개발되었다. 1981년 벨연구소에서는 리튬 전지에 금속 리튬 대신 사용가능한 흑연 음극을 개발하여 특허를 획득하였다. 이후 굿이너프가 이끄는 연구팀이 새로운 양극을 개발함으로써 비로소 1991년 소니에 의해 최초의 상업적 리튬 이온 배터리가 출시되었다. 당시의 배터리는 층상 구조의 산화물(리튬코발트산화물)을 이용하였으며, 이는 당시 가전제품 분야에 혁명을 일으켰다.
1983년에는 새커리와 굿이너프, 그리고 그 협력자들이 망간으로 이루어진 스피넬을 양극 물질로 사용할 수 있음을 발견하였다. 스피넬은 가격이 싸고 전기전도도와 리튬 이온 전도도가 우수하며 구조적으로 안정적이기 때문에 매우 각광받았다. 1989년에는 오스틴 텍사스 대학교의 만티람과 굿이너프가 폴리음이온을 함유하는 양극이 유도 효과를 갖기 때문에 산화물을 사용하는 양극보다 더 높은 전압을 낼 수 있음을 발견하였다. 1996년에는 파디와 굿이너프, 그리고 그 협력자들이 인산철리튬과 감람석 결정구조를 갖는 인산 금속계 리튬을 리튬 이온 배터리의 양극 물질로 사용할 수 있음을 발견하였다.
그 후 여러 기관에서 리튬 이온 배터리 기술의 개선을 위한 연구가 지속되었다. 2002년 MIT의 치앙과 그 연구팀은 전극에 알루미늄이나 니오브, 또는 지르코늄을 도핑함으로써 전기전도도를 크게 증가시켜 리튬 이온 배터리의 성능을 극대화할 수 있다는 것을 발견하였다. 2004년에는 치앙의 연구팀이 100나노미터의 지름을 갖는 인산철 입자를 전극에 도핑하는 기술을 개발하여 전극의 표면적과 전지의 용량을 증가시키는 효과를 얻었다.
이처럼 리튬 이온 배터리 기술은 지속적인 연구 개발을 통해 발전해왔으며, 현재 휴대용 전자기기, 전기 자동차 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.
1.2. 리튬 이온 배터리의 원리
리튬 이온 배터리의 원리는 다음과 같다. 리튬 이온 배터리는 충전 시 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하고, 방전 시 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하는 전기화학 반응을 기반으로 한다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
리튬 이온 배터리는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 구성된다. 양극은 주로 층상 구조의 리튬 코발트 산화물 등이 사용되며, 음극은 주로 흑연이 사용된다. 전해질은 리튬 이온의 이동을 가능하게 해주는 매체이다.
충전 시에는 양극의 리튬 이온이 전해질을 통해 음극으로 이동하게 된다...
참고 자료
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