소개
배터리 전해질은 에너지 저장에 중요한 역할을 하며 최신 배터리 기술의 필수 구성 요소입니다. 이러한 물질은 전극 사이의 이온 흐름을 가능하게 하여 배터리를 충전하고 방전하는 데 필수적인 역할을 합니다. 최근 배터리 전해질에 대한 연구는 배터리의 효율성, 안전성, 수명을 개선하기 위해 상당한 진전을 이루었습니다. 전기차와 재생 에너지의 중요성이 커지면서 전해질에 대한 이해와 발전은 지속 가능한 에너지의 미래를 위한 핵심 요소입니다.
그러나 과열이나 열 폭주와 같은 위험도 고려하고 조사해야 합니다. 열 분석은 이러한 재료의 상 전이 또는 분해와 같은 열적 특성에 대한 통찰력을 제공합니다.
수많은 배터리 전해질 중 널리 사용되는 리튬 헥사플루오로아르세네이트(LiAsF6)를 대상으로 동시 열 분석을 통해 열량 효과와 질량 변화를 조사했습니다.
측정 조건
LiAsF6의 흡습성 특성으로 인해 물질이 물을 흡수하지 못하도록 글러브박스에서 아르곤으로 샘플을 준비했습니다. STA 측정도 아르곤이 제거된 글러브박스에서 수행했습니다. 자세한 측정 파라미터는 표 1에서 확인할 수 있습니다.
표 1: STA 449를 사용한 인비테이션에 사용되는 측정 파라미터 Jupiter®
| 파라미터 | 샘플 LiAsF6 |
|---|---|
| 시료 무게 | 12.1 mg |
| 도가니 | Concavus® 알루미늄, 피어싱 뚜껑 |
| 센서 | TGA-DSC비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp, 유형 S |
| 용광로 | SiC |
| 온도 프로그램 | RT ~ 600°C |
| 가열 속도 | 10 K/min |
| 가스 분위기 | 아르곤 |
| 가스 흐름 | 70 ml/min |
측정 결과
TGA-DSC 결과는 그림 1에 나와 있습니다. 질량 손실 곡선은 1.1%와 81.7%의 두 단계를 보여줍니다. 첫 번째 질량 손실 단계는 아마도 수분의 방출 때문일 수 있습니다. 두 번째 질량 손실 단계는 LiAsF6의 분해로 인한 것입니다. 최고 온도 122.8°C와 497.7°C, 엔탈피 25.18J/g과 337J/g의 두 가지 흡열 효과를 DSC 곡선에서 감지할 수 있으며, 이는 질량 손실 단계와 관련이 있습니다. 그 외에도 265°C의 온도에서 LiAsF6가 마름모꼴 상에서 입방체로 변하는 가역적인 고체-고체 상 전이를 확인할 수 있습니다1.
1가브리체프, K.S., 샤파타야, G.A., 고르부노프, V.E. 등. 열역학적 특성 및 리튬 헥사플루오로아르세네이트, LiAsF6의 분해. 무기 재료 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
요약
동시 열 분석을 사용하여 에너지 효과와 배터리 전해질 LiAsF6의 분해 특성 분석을 성공적으로 수행했습니다. 글러브박스 내에서 시료 전처리와 STA 측정을 수행할 수 있기 때문에 조사 대상인 LiAsF6와 같이 주변 대기와 반응할 수 있는 물질도 성공적으로 측정할 수 있었습니다. 얻은 데이터에 따르면, LiAsF6는 약 265°C에서 고체-고체 상 변환이 일어날 때까지 안정적으로 유지된다는 것을 알 수 있습니다. 300°C 이상의 온도에서는 이 물질이 불활성 상태로 분해됩니다. 이 정보는 과열 및 열 폭주와 같은 잠재적 위험에 관한 추가 지식을 제공합니다.
모든 NETZSCH 기기는 글러브박스에서 작동할 수 있으므로 환경 조건에 민감하거나 독성이 있는 물질을 분석할 수 있습니다. 글러브박스를 사용하면 주변 환경과 격리된 통제된 조건에서 이러한 물질을 처리하고 분석할 수 있습니다. 이를 통해 사람의 안전이 보장되는 동안 재료의 특성을 유지하므로 이러한 보호 조치 없이는 불가능한 실험 결과를 얻을 수 있습니다.