박막 리튬이온 배터리 완전 가이드

한 연구에 따르면, 글로벌 박막 리튬이온 배터리 시장은 2030년 말까지 9억 400만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 따라서 그 중요성을 염두에 두고, 가장 얇은 리튬이온 배터리의 특징과 작동 방식에 대해 알아보겠습니다. 또한 박막 리튬이온 배터리의 장단점에 대해서도 논의하겠습니다.

Part 1. 박막 리튬이온 배터리란 무엇인가요?

가장 얇은 리튬이온 배터리는 고체 전지입니다. 고체 전지는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 포함합니다. 따라서 박막과 고체 전해질 모두가 얇은 리튬 배터리를 효율적인 에너지원으로 만듭니다. 이 배터리는 더 높은 출력 전압을 가집니다. 무게가 가볍고 다양한 의료 제품에 사용됩니다.

Part 2. 박막 리튬이온 배터리 구성 요소

일반적으로 이 배터리는 네 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이러한 구성 요소에는 양극, 음극, 전해질 및 분리막이 포함될 수 있습니다.

1. 양극

양극 재료는 다른 리튬 배터리와 유사합니다. 양극은 금속 산화물의 조성을 가집니다. 여기에는 리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 리튬 인산 철(LiFePO4) 및 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 포함될 수 있습니다. 이러한 재료는 높은 비에너지를 가집니다. 게다가 안정적입니다. 따라서 얇은 리튬 배터리에서 양극 재료로 사용됩니다.

2. 음극

음극은 배터리 성능에서 중요한 역할을 합니다. 음극은 배터리가 작동하는 동안 리튬 이온을 저장하고 방출합니다. 따라서 음극은 대부분 리튬 금속으로 구성됩니다. 또한 무기 화합물을 포함합니다. 이러한 무기 화합물은 실리콘-주석 옥시니트라이드, 질화 주석 Sn3N4 및 질화 아연 Zn3N2입니다. 추가적으로, Cu와 같은 금속 필름은 리튬 도금 후 음극으로 사용될 수 있습니다.

3. 전해질

전해질은 리튬 이온의 이동을 돕습니다. 이것은 일반적으로 양극판과 음극판 사이에서 발생합니다. 따라서 이 특징은 얇은 리튬이온 배터리와 일반 리튬 배터리의 그것과 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 전해질 재료는 LiPON(리튬 인 옥시니트라이드)과 LiBON(리튬 붕소 옥시니트라이드)입니다. 고체 전해질은 누출을 줄이기 때문에 꽤 인기가 있습니다. 게다가 적절한 안전성을 제공합니다.
4. 분리막

분리막은 리튬이온 배터리에서 필수적인 구성 요소이기도 합니다. 이것은 양극과 음극의 분리를 허용합니다. 따라서 물리적 접촉을 피합니다. 하지만 리튬 이온의 흐름을 막아서는 안 됩니다. 우리 모두 알고 있듯이, 얇은 리튬이온 배터리에는 고체 전해질이 존재합니다. 따라서 특정 분리막이 필요 없습니다. 전해질 자체가 분리막으로 기능합니다.

Part 3. 박막 리튬이온 배터리 작동 원리

박막 리튬이온 배터리가 어떻게 작동하는지 생각해 본 적이 있나요? 자, 여기서 논의해 보겠습니다. 박막 리튬이온 배터리는 전기화학 반응으로 인해 작동합니다. 여기서 리튬 이온은 양극에서 이동합니다. 그런 다음 전해질로 들어가 흐르도록 합니다. 그 후, 그들은 음극을 향해 이동합니다. 이러한 이온들은 그 다음 음극에 침착됩니다.

이 과정을 충전이라고 합니다.

방전 동안, 리튬 이온은 음극에서 양극으로 되돌아옵니다. 이러한 방식으로 전류를 생산합니다. 이 전류는 전기 장치에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 박막 리튬이온 배터리는 더 빠른 이온 이동을 허용합니다.

박막 리튬이온 배터리 방전

따라서, 박막 리튬이온의 방전 과정 동안 음극과 양극에서 다음과 같은 반응이 발생합니다.

음극에서: 방전 동안, 음극은 리튬 이온을 잃습니다. 따라서 음극에서 산화가 발생합니다. 다음과 같은 반응이 일어납니다:

LiC6 ⇌ C6 + Li+ + e-

양극에서: 방전 동안, 리튬 이온은 양극에 침착됩니다. 결과적으로, 양극에서 환원이 발생합니다. 따라서 양극에서 진행되는 반응은 다음과 같습니다;

Li+ + e- + LiCoO2 ⇌ LiCoO2

전체 방전 반응:

따라서 전체적으로, 얇은 리튬이온 배터리에서 방전 동안 발생하는 순 반응은 다음과 같습니다:

LiC6 + LiCoO2 ⇌ 6C + LiCoO2

따라서 에너지가 방출됩니다. 방출된 에너지는 전기 장치에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

박막 리튬이온 배터리 충전

충전 동안, 그것은 다음과 같은 방식으로 작동합니다:

음극에서: 리튬 이온은 음극을 향해 되돌아갑니다. 따라서 방전 반응의 역반응이 여기서 일어납니다.

C6 + Li+ + e- ⇌ LiC6

양극에서: 충전 동안, 이러한 리튬 이온들은 양극에서 멀리 이동합니다. 그 후, 그들은 전해질로 들어갑니다. 리튬 이온들은 그 다음 다시 음극을 향해 이동합니다.

LiCoO2 ⇌ Li+ + e- + LiCoO2

충전 동안의 전체 반응:

따라서, 충전 및 재충전 과정 동안 일어나는 전체 반응은 다음과 같습니다.

LiC6 + LiCoO2 ⇌ 6C + LiCoO2

따라서, 배터리는 이러한 방식으로 다시 충전됩니다.

Part 4. 박막 리튬이온 배터리 장단점

얇은 리튬이온 배터리 장점

1. 更高的 출력 전압: 장치의 성능을 증가시킵니다. 게다가更高的 출력 전압을 가집니다.
2. 질량이 가벼움: 이 배터리는 무게가 상당히 가볍습니다. 그렇기 때문에 응용 범위가 넓습니다.
3. 높은 비열: 높은 비열을 가집니다. 따라서 컴팩트한 질량에 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
4. 사용이 유연함: 이러한 배터리는 사용이 상대적으로 유연합니다. 일반적으로 고체 폴리머 전해질로 구성됩니다. 따라서 쉽게 성형하고 여러 모양으로 변경할 수 있습니다. 이것은 표준 전해질 때문에 기존 리튬이온 배터리에서는 실현 가능하지 않습니다.
5. 넓은 온도 변화: 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있습니다. 게다가 -20°C의 낮은 온도에서도 작동할 수 있습니다. 따라서 작동하는更高的 온도 한계는 60°C입니다.
6. 더 긴 수명: 얇은 리튬이온 배터리는 상대적으로 더 긴 수명을 가집니다. 따라서 1200회의 충전 및 방전 사이클을 견딜 수 있습니다. 1200회 충전 사이클 후에는 완전히 방전됩니다.
7. 빠른 충전 및 방전 사이클: 얇은 리튬이온 배터리는 빠르게 충전 및 방전할 수 있습니다. 이것은 일반 리튬이온 배터리와 반대입니다.
8. 안전성: 기존 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 가집니다. 그들은 누출 위험이 있습니다. 하지만, 박막 리튬이온 배터리는 안전성을 제공합니다. 이것은 그들의 고체 전해질은 누출이 없기 때문입니다.

얇은 리튬이온 배터리 단점

• 비싼 비용: 얇은 리튬 배터리의 구성은 일반 리튬이온 배터리와 다릅니다. 이것들은 복잡한 제조 공정을 가집니다. 그렇기 때문에 상당히 비쌉니다.
• 낮은 강도: 그들의 구조적 패키징은 상당히 민감합니다. 가혹한 조건과 충격을 견디지 못할 수 있습니다. 따라서 기존 리튬이온 배터리보다 내구성이 낮습니다.
• 제한된 에너지 저장 용량: 높은 에너지 밀도를 가집니다. 그러나 이 배터리는 박막으로 인해 적은 양의 에너지만 저장할 수 있습니다.

Part 5. 박막 리튬이온 배터리 응용 분야

따라서, 얇은 리튬 배터리는 다양한 장치에서 여러 응용 분야를 가집니다. 여기서 그 중 몇 가지를 논의해 보겠습니다.

• 의료 기기: 인간의 몸에 이식된 장비, 즉 페이스메이커에 사용될 수 있습니다.
• 전자제품: 휴대폰 및 휴대용 전자 장치에서 상당히 중요한 사용을 가집니다. 게다가 풍력 터빈이나 태양전지에서 재생 에너지를 저장하는 데에도 사용됩니다.
• 스마트 기기: 스마트 카드 및 무선 센서에서 다양한 응용 분야를 가집니다. 따라서 우리는 수많은 가제트에 얇은 리튬이온 배터리를 사용할 수 있습니다.

Part 6. 결론

결론적으로, 박막 리튬이온 배터리는 그 고체 전해질로 잘 알려져 있습니다. 전극의 얇은 코팅은 그것을 유연한 에너지원으로 만듭니다. 일반적으로 휴대용 및 모바일 전자제품에 전력을 공급합니다. 박막 리튬이온 배터리에는 몇 가지 단점도 있습니다. 첫째, 비용이 많이 듭니다. 복잡한 제조 공정을 가집니다. 그럼에도 불구하고, 의료 기기와 같은 많은 가제트에 사용됩니다. 몇 가지 한계점에도 불구하고, 채택하기에 좋은 옵션입니다.