에너지/환경

긴 수명 아연 기반 플로우 배터리용 복합이온 전도막 개발

발행일 : 2020 / 03 / 21

중국과학원 다롄(大连)화학물리연구소 리셴펑(李先锋)/장화민(张华民) 연구팀은 긴 수명 아연 기반 플로우 배터리용 복합이온 전도막을 개발하여 아연 기반 플로우 배터리의 순환 수명을 뚜렷이 향상시켰다. 해당 성과는 “Angewandte Chemie International Edition”에 게재되었다.

배터리의 핵심부품인 이온 전도막의 합리적인 막 구조 설계는 배터리의 순환 안정성을 향상시킴에 있어서 아주 중요하다. 연구팀은 고열전도성과 높은 기계적 강도를 보유한 질화붕소 나노시트를 다공질막에 도입하였다. 즉, 기저막에 한 층의 질화붕소 나노시트를 도입하여 복합이온 전도막을 제조했다. 그 중, 음극 대향 질화붕소 나노시트는 전극 표면 온도를 균일하게 분포시키고 아연 침적 형상을 날카로운 “수지상”에서 부드러운 “감자튀김상”으로 조절할 뿐만 아니라, 기계적 강도가 높아 과도 성장하는 날카로운 아연 수상돌기의 막박 재료에 대한 파괴를 효과적으로 방지할 수 있다. 두 가지 방면의 시너지 효과를 통해 배터리의 수명을 대폭 향상시킬 수 있다.

해당 복합이온 전도막을 이용하여 조립한 알칼리성 아연-철 플로우 배터리는 800mA/Cm2의 전류 밀도 조건에서 500회 충방전 주기로 800시간 안정적으로 작동하였으며 뚜렷한 감쇠가 없었다. 200mA/Cm2의 전류 밀도 조건에서도 에너지 효율이 80% 이상이었다. 해당 결과는 아연 기반 배터리의 아연 음극 조절에 중요한 참고적 가치가 있다.

아연 기반 플로우 배터리 에너지 저장 기술은 비용이 낮고 안정성이 높으며 친환경적인 등 특성을 보유하여 분포식 에너지 저장 분야에서 우수한 응용 전망을 보여준다. 그러나 아연 이온이 음극에서 환원될 때, 수지상, 이끼상, 층상 등 상이한 형상의 금속 아연으로 침적되기 때문에 그 중에 파괴성을 가진 수지상 금속 아연-“아연 수상돌기”가 어느 정도 성장하면 이온 전도막을 파괴하여 배터리 순환 수명을 단축시킨다. 연구팀은 기존의 연구에서 박막 재료의 전하 특성을 이용하여 아연 침적 방향과 형태를 조절할 수 있으며 아연 기반 플로우 배터리의 순환 안정성을 대폭 향상시킬 수 있음을 발견하였고 이를 이용하여 연구 성과를 도출했다.

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