퀸즈랜드 공과대학교(Queensland University of Technology)가 이끄는 국제 연구진이 현재 스마트 기기를 충전하는 배터리보다 더 안전하고 저렴한 배터리 유형을 개발하는 데 획기적인 발전을 이루었습니다.
권위 있는 저널에 게재된 연구 미국 화학 학회지그는 물 전해질을 포함하는 충전식 배터리의 일종인 수성 아연 이온 배터리의 전압을 향상시키는 방법을 시연했습니다.
이번 연구에 참여한 QUT 대학의 연구진은 다음과 같습니다. 순쯔치 교수, 부교수 치 동첸화학 및 물리학 대학의 Fan Zhang, 팅 랴오 교수 그리고 쳉옌 교수 기계의료공정공학부 출신 아론 미칼레프 박사 중앙 분석 연구 시설에서.
순쯔치(Ziqi Sun) 교수 QUT 화학 및 물리학 대학 그리고 재료과학센터그는 물전지가 주로 비충전식 전지로 사용된 지 100년이 넘었다고 말했다.
Sun 교수는 “충전식 수성 배터리의 저전압을 개선하는 것은 배터리를 다양한 용도로 널리 사용하는 데 가장 큰 장애물 중 하나입니다.”라고 말했습니다.
“일반적인 재충전 가능한 배터리에서 유기 전해질은 양극과 음극 사이의 공간을 채우는 데 사용되며 가격이 비싸고 가장 중요한 것은 가연성이 높습니다.
“수성 전해질을 사용하면 수성 전해질이 훨씬 저렴하고 안전하기 때문에 리튬 이온 배터리의 안전 문제를 해결할 수 있습니다.
“그러나 재충전 가능한 배터리에 수성 전해질을 사용하는 것은 매우 어렵습니다.
“낮은 물 전압(1.23V)으로 인해 수력 배터리는 일반적으로 낮은 전압 범위를 가지므로 에너지 밀도가 낮습니다. 이는 일반 유기 충전 배터리에 비해 배터리 성능이 낮다는 것을 의미합니다.”
또 다른 과제는 수성 전해질을 사용하여 1.23V 창 전압을 높이는 것이라고 연구 논문의 첫 번째 저자인 Fan Zhang이 말했습니다.
Zhang은 “인가 전압이 1.23V보다 높으면 수소가 생성되어 배터리가 부풀어 오르고 폭발할 수 있다”고 말했습니다.
Sun 교수는 연구원들이 잠재적으로 위험한 수소 축적을 피하면서 아연 수성 배터리의 전압을 높이는 방법을 찾았다고 말했습니다. 이 방법은 마르쿠제(Marcuse)의 용액 내 분자간 전자 이동 이론에서 영감을 받아 루돌프 마르쿠스(Rudolf Marcus)가 노벨상을 수상하게 되었습니다.
“우리 연구에서 우리는 카테콜이라는 유기 화합물을 황산아연 수용액에 적용했는데, 이는 전자 전달 모델을 전해질의 정상적인 내부 전계 전달에서 외부 전계 전달 모델로 변경했습니다.
“간단히 말하면 이는 카테콜 화합물이 전자를 아연 이온으로 전달하여 물 분자를 더욱 안정시키고 잠재적으로 위험한 수소 반응을 제어한다는 것을 의미합니다.”
Sun 교수는 이번 연구가 이미 몇 가지 주요 이점을 가지고 있는 것으로 밝혀진 아연 기반 수성 배터리의 사용을 늘리는 단계라고 말했습니다.
아연 이온은 리튬 이온보다 2배의 전하를 갖고 있으며 이는 에너지가 2배라는 것을 의미합니다. 또한 배터리는 더 작아질 수 있고, 더 빠르게 충전할 수 있으며, 재충전 주기 수명이 몇 배 더 길어질 수 있습니다.
“외부 장에서의 전자 이동 메커니즘은 우리에게 고전압 수성 전해질을 설계하는 새로운 방법을 제공합니다.”라고 Sun 교수는 말했습니다.
“이 새로운 유형의 수성 전해질을 사용하면 일반 수성 전해질보다 전압 범위가 2배 향상되고 전체 배터리 성능이 1.5~3배 향상됩니다.
“이것은 산업 생산을 위한 재충전 가능한 물 배터리의 큰 도약입니다.”
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"트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다."