| 선전선진기술연구원, 신형 고효율 칼슘이온 하이브리드 에너지저장장치 개발 | ||
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 최근 중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 통합기술연구소 기능성박막재료연구센터 탕융빙(唐永炳) 연구팀은 실온에서 작동 가능한 신형 고효율 칼슘이온 하이브리드 에너지저장장치를 개발해 양호한 칼슘이온 에너지저장시스템 성능을 획득하였다. 해당 성과는 "A Calcium-Ion Hybrid Energy Storage Device with High Capacity and Long Cycling Life under Room Temperature"란 제목으로 "Advanced Energy Materials"(Adv. Energy Mater. 2019, 1803865)에 온라인으로 게재되었다. 칼슘 매장량은 리튬의 2,500배로 매우 풍부하다. 칼슘은 2전자 반응을 제공할 뿐만 아니라 양호한 동역학적 성능을 보유한다. 따라서 칼슘이온 에너지저장장치는 차세대 고효율 저원가 에너지저장기술로 유망하다. 하지만 지난 20년간 칼슘이온 에너지저장기술에 필요한 양극/음극 재료 및 전해액의 개발은 더뎠다. 적합한 전극재료와 전해액의 조합 결여는 흔들의자식 작동 메커니즘에 기반한 완전 에너지저장장치 구축에 어려움을 조성해 칼슘이온 에너지저장 기술의 발전을 심하게 저해하였다. 기존 연구에 의하면 음이온과 양극 반응, 양이온과 음극 반응의 다중 이온 작동 메커니즘을 이용해 상기 문제를 해결할 수 있다. 다중 이온 작동 장치에서 비패러데이 반응에 기반한 슈퍼커패시터는 장수명, 고배율 등 장점이 있지만 작동 전압이 낮고 용량이 적다. 반대로 패러데이 반응 기반 이중 이온 전지는 고전압, 고용량의 장점을 보유하지만 음이온이 양극 구조를 파괴하기에 순환 성능 및 배율 성능이 떨어진다. 상기 문제를 해결하기 위해 연구팀은 신형 칼슘이온 하이브리드 에너지저장장치를 개발하였다. 해당 장치는 정전식 재료 활성탄을 양극으로 하고 전지식 재료 은박지를 음극으로 하며 Ca(PF6)2를 작동 전해질로 한다. 전지 충전시 PF6-은 활성탄과 흡착반응을 발생하고 Ca2+는 은박지와 합금화 반응을 일으킨다. 방전 과정은 이와 반대이다. 해당 칼슘이온 에너지저장장치는 슈퍼커패시터와 이중 이온 전지 각자의 특성을 효과적으로 이용해 고전압, 고용량, 고배율성능을 획득한다. 뿐만 아니라 실온에서 양호한 순환 안정성을 보여주었는데 0.2 A/g 전류밀도에서 1,000회 이상 순환하였고 용량 보존율은 84%에 달했다. 타이틀 그림. 방전 과정에서 (a) 슈퍼커패시터, (b) 이중 이온 전지와 (c) 하이브리드 에너지저장장치 양극(빨간선), 음극(파란선)의 전위 변화. (d) 칼슘이온 하이브리드 에너지저장장치의 순환 안정성, 1,000회 순환 후의 용량 보존율 84%. (e) 순환 회수에 따른 칼슘이온 하이브리드 에너지저장장치의 충전/방전 곡선 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/slRRkf8GAxHeKHuvZslpwA |
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