| 고전압/고농도 전해액 기반 칼륨계 이중 흑연 배터리 개발 | ||
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  중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 선전선진통합기술연구소 기능박막재료연구센터 TANG Yong-bing(唐永炳) 연구팀은 고전압/고농도 전해액을 이용해 칼륨계의 이중 흑연 배터리의 에너지 밀도 및 순환 안정성을 뚜렷하게 향상시켰다. 해당 성과는 "6.0 V High-Voltage and Concentrated Electrolyte toward High Energy Density K-Based Dual-Graphite Battery"라는 제목으로 "Advanced Energy Materials"에 온라인으로 게재됐다. 칼륨계 이중 탄소 배터리(K-DCB)는 이중 이온 배터리의 고전압, 저비용, 친환경적인 특성 및 칼륨 자원 저장량이 풍부한 장점을 결합함으로써 규모화 에너지 저장 분야에서 응용 전망이 밝다. 활성 이온 공급원인 전해액은 K-DCB의 용량, 에너지 밀도, 순환 수명 등 성질에 중요한 영향을 미친다. 하지만 기존의 KPF6 칼륨염 및 탄산에스테르계 용제 기반 전해액 시스템은 농도가 낮고(<1 m) 또한 산화전위가 부족한 원인으로 K-DCB 순환 안정성이 차하고 에너지 밀도를 향상시켜야 하는 등 문제점이 존재한다. 연구팀은 다양한 용제와 칼륨염의 결합 거동에 대한 체계적인 연구를 토대로 5.2m의 고농도 설폰류 전해액 시스템(KFSI/TMS)을 개발했다. 전통적인 저농도 전해액 시스템에 비해 해당 고농도 전해액은 1) 산화전위(~6.0 V vs. K/K+)가 높고 음이온(FSI-) 삽입층 흑연 양극의 용량 및 순환 안정성이 향상됐다. (2) 흑연 음극의 칼륨 저장 성능이 효과적으로 개선됐다. (3) 칼륨계 이중 이온 배터리의 에너지 밀도가 뚜렷하게 향상됐다. 해당 고전압/고농도 전해액 시스템에 기반한 칼륨계 이중 흑연 배터리는 300라운드 순환 후에도 용량이 거의 감쇠되지 않는다. 뿐만 아니라 전해액 및 전극 재료를 동시에 고려할 경우 해당 K-DCB의 에너지 밀도는 ~130 Wh kg-1에 달한다. 동 연구는 고전압/농축 전해액이 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 유효성을 입증함과 아울러 고효율/비용이 저렴한 에너지 저장 소자 연구에 지침이 된다. 타이틀 이미지: (a) 칼륨계 이중 흑연 배터리의 구조 및 작동 메커니즘 설명도; (b) 음이온(FSI-)삽입층 흑연 양극의 원위치 XRD 도해; (c) 칼륨계 이중 흑연 배터리의 충방전 곡선; (d) 기존에 개발한 배터리와의 에너지 및 출력밀도 비교 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/qYHrQtlUsS7HWpXL2BIaZA |
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