A recent study conducted at Stanford University has revealed a simple and effective method to extend the lifespan of lithium-metal EV batteries. According to the study titled “Resting restores performance of discharged lithium-metal batteries,” published in the journal Nature, draining the battery and allowing it to rest for a few hours can restore battery capacity and enhance overall performance.
The research team, led by co-author Wenbo Zhang, a PhD student in materials science and engineering, aimed to find a cost-effective way to improve lithium metal cycling life. They discovered that by resting the discharged battery, lost capacity can be recovered and cycle life can be increased. The best part is that this approach can be implemented by simply reprogramming the battery management software, without requiring any additional equipment, materials, or changes in production flow.
This finding holds great potential for EV manufacturers as it offers practical insights into adapting lithium metal technology to real-world driving conditions. Lithium-metal batteries have the capability to more than double the range of EVs. However, they tend to rapidly lose their capacity to store energy after a few charging and discharging cycles, making them unsuitable for routine driving.
The traditional lithium-ion battery consists of a graphite anode and a lithium metal oxide cathode separated by an electrolyte that shuttles lithium ions. In a lithium-metal battery, the graphite anode is replaced with lithium metal, allowing it to store twice the energy in the same space as a lithium-ion battery. Additionally, lithium-metal batteries are lighter than their counterparts, which is crucial for EVs since they require lightweight components.
The study also discovered that when a lithium-metal battery is discharged, particles of lithium metal become isolated and stuck in the solid electrolyte interphase (SEI). The SEI matrix prevents these isolated lithium pieces from participating in electrochemical reactions. Repeated charging and discharging leads to the accumulation of dead lithium, which drastically reduces the battery’s capacity.
However, the researchers found that by letting the discharged lithium-metal battery sit for an hour, some of the SEI matrix surrounding the dead lithium dissolves away. This allows the dead lithium to reconnect with the anode during recharging, reviving its functionality and enabling the battery to generate more energy. Using time-lapse video microscopy, the team observed that lost capacity can be recovered simply by resting the discharged battery.
Implementing this resting protocol can significantly increase the cycle life of certain types of lithium metal batteries, making them more suitable for EV applications. By applying this method, EV owners can expect improved battery performance and extended range, ultimately enhancing the overall driving experience.
최근 스탠포드 대학에서 수행된 연구는 리튬-메탈 전기차 배터리의 수명을 연장하는 간단하고 효과적인 방법을 밝혀냈습니다. “여유 시간으로 방전된 리튬-메탈 배터리의 성능을 회복시키는 방법”이라는 제목의 연구 결과가 자연에서 발표된 논문에 따르면, 배터리를 방전시키고 일정 시간 동안 휴식시키면 배터리 용량이 회복되고 전체적인 성능이 향상될 수 있다는 것을 발견했습니다.
저자 중 한 명인 장 웬보 박사는 재료 과학과 공학에서 박사 학위를 취득한 학생으로 이끌고 있는 연구 팀은 비용 효율적인 방법을 찾기 위해 리튬 메탈 주기 수명을 향상시키기 위해 노력했습니다. 그들은 방전된 배터리를 휴식시킴으로써 잃어버린 용량을 회복하고 주기 수명을 증가시킬 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 방법은 단순히 배터리 관리 소프트웨어를 다시 프로그래밍함으로써 추가 장비, 재료 또는 생산 공정의 변경 없이 구현할 수 있습니다.
이 발견은 리튬 메탈 기술을 실제 운전 조건에 적용하는 방법에 대한 실용적인 통찰력을 제공하여 전기차 제조업체에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 리튬 메탈 배터리는 전기차의 주행 거리를 두 배 이상으로 증가시킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 그러나 몇 번의 충전 및 방전 주기 후에는 빠르게 에너지 저장 용량을 잃어버려 일상 운전에는 부적합합니다.
기존 리튬 이온 배터리는 그래핏 양극과 리튬 메탈 산화물 양극을 전도질로 분리시키는 구조이다. 리튬-메탈 배터리에서는 그래핏 양극을 리튬 메탈로 대체하여 리튬-이온 배터리와 동일한 공간에 두 배의 에너지를 저장할 수 있게 되었습니다. 게다가 리튬-메탈 배터리는 대조편에 비해 가볍습니다. 이는 전기차에서 가벼운 구성 요소가 필요하기 때문에 중요합니다.
연구에서는 리튬-메탈 배터리가 방전되면 리튬 메탈 입자가 고체 전해질 사이에 고립되어 붙어있다고 발견했습니다. 고립된 리튬 조각은 전기화학 반응에 참여할 수 없게끔 고체 전해질 사이의 행렬에서 차단됩니다. 반복적인 충전 및 방전은 죽은 리튬 축적을 초래하며 이로 인해 배터리의 용량이 크게 감소합니다.
그러나 연구진은 방전된 리튬-메탈 배터리를 1시간 동안 휴식시킴으로써 죽은 리튬 주위의 고체 전해질 사이 행렬이 부분적으로 용해되는 것을 발견했습니다. 이는 충전 중에 죽은 리튬이 양극과 재연결되어 기능이 회복되고 배터리가 더 많은 에너지를 생성할 수 있게 합니다. 시간 간격 동영상 현미경을 사용하여 연구 팀은 휴식시킨 배터리를 통해 잃어버린 용량이 회복될 수 있음을 확인했습니다.
이 휴식 프로토콜을 적용함으로써 특정 유형의 리튬 메탈 배터리의 주기 수명을 크게 증가시킬 수 있으며, 이는 전기차에 적합하도록 만듭니다. 이 방법을 적용함으로써 전기차 소유자들은 배터리 성능의 개선과 연장된 주행 거리를 기대할 수 있습니다. 이로써 전체적인 운전 경험을 향상시킬 수 있습니다.
