물의 저장 용량 증가

텍사스 A&M 대학교, 칼리지 스테이션, 텍사스

텍사스 A&M 대학교 연구원들은 금속이 없는 수성 배터리 전극의 저장 용량이 1,000% 차이가 나는 것을 발견했습니다.

이 배터리는 코발트가 포함된 리튬 이온 배터리와 다릅니다. 비금속 배터리 연구라는 그룹의 목표는 코발트와 리튬이 아웃소싱되기 때문에 국내 공급망을 더 효과적으로 통제하는 것에서 비롯됩니다. 이 더 안전한 화학 물질은 배터리 화재도 예방할 수 있습니다.

화학 공학 교수인 Jodie Lutkenhaus 박사와 화학 조교수 Daniel Tabor 박사는 리튬이 없는 배터리에 대한 연구 결과를 Nature Materials에 발표했습니다.

Lutkenhaus는 "수성을 기반으로 하기 때문에 더 이상 배터리 화재가 발생하지 않을 것"이라고 말했습니다. "미래에는 재료 부족이 예상되면 리튬 이온 배터리 가격이 크게 오를 것입니다. 대체 배터리가 있다면 이 화학으로 전환할 수 있습니다. 여기서 제조할 수 있기 때문에 공급이 훨씬 안정적입니다. 미국에 있고 그것을 만드는 데 필요한 재료가 여기 있어요."

Lutkenhaus는 수성 배터리는 양극, 전해질, 양극으로 구성되어 있다고 말했습니다. 음극과 양극은 에너지를 저장할 수 있는 고분자이고, 전해질은 유기염이 섞인 물이다. 전해질은 전극과의 상호작용을 통해 이온 전도 및 에너지 저장의 핵심입니다.

"사이클링 중에 전극이 너무 많이 부풀어 오르면 전자를 잘 전달할 수 없으며 모든 성능을 잃게 됩니다."라고 그녀는 말했습니다. "팽창 효과 때문에 전해질 선택에 따라 에너지 저장 용량에 1,000% 차이가 있다고 생각합니다."

그들의 기사에 따르면, 산화환원 활성, 비공액 라디칼 폴리머(전극)는 폴리머의 높은 방전 전압과 빠른 산화환원 역학 때문에 무금속 수성 배터리의 유망한 후보입니다. 반응은 전자, 이온 및 물 분자의 동시 이동으로 인해 복잡하고 해결하기 어렵습니다.

연구진은 "우리는 전기화학적 수정 결정 미세 저울을 사용하여 다양한 시간 척도에서 소산 모니터링을 통해 다양한 카오-/코스모트로피 특성의 수성 전해질을 검사함으로써 산화환원 반응의 특성을 입증했습니다."라고 말했습니다.

Tabor의 연구 그룹은 컴퓨터 시뮬레이션과 분석을 통해 실험적 노력을 보완했습니다. 시뮬레이션은 구조와 역학의 미세한 분자 규모 그림에 대한 통찰력을 제공했습니다.

"이론과 실험은 이러한 물질을 이해하기 위해 밀접하게 협력하는 경우가 많습니다. 이 논문에서 계산적으로 수행하는 새로운 작업 중 하나는 실제로 전극을 여러 충전 상태로 충전하고 주변이 이 충전에 어떻게 반응하는지 확인하는 것입니다." 말했다.

연구원들은 배터리가 작동할 때 배터리에 얼마나 많은 물과 소금이 들어가는지 정확히 측정하여 배터리 음극이 특정 종류의 염분 존재 하에서 더 잘 작동하는지 거시적으로 관찰했습니다.

"우리는 시뮬레이션을 미래 시스템으로 확장하고 싶습니다. 우리는 그러한 종류의 물과 용매 주입을 촉진하는 힘이 무엇인지에 대한 이론을 확증해야 했습니다."라고 Tabor는 말했습니다. "이 새로운 에너지 저장 기술을 통해 리튬이 없는 배터리를 향한 전진이 이루어졌습니다. 우리는 일부 배터리 전극이 다른 전극보다 더 잘 작동하게 만드는 요인에 대한 더 나은 분자 수준의 그림을 갖고 있으며 이는 재료가 어디로 나아갈 것인지에 대한 강력한 증거를 제공합니다. 설계."

자세한 내용은 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다.에서 Amy Halbert에게 문의하세요. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 979-458-4243.

이 기사는 Battery & Electrification Technology Magazine 2023년 6월호에 처음 게재되었습니다.

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