| 신형 "호흡가능" 나트륨-이산화탄소 전지 개발 성공 | ||
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 최근 난카이(南开)대학 화학학원 천쥔(陈军) 원사가 이끄는 연구팀이 저렴한 탄산나트륨 및 탄소나노튜브를 사용하여 나트륨 사전충전이 필요 없는 "호흡가능"한 나트륨-이산화탄소 전지를 개발하였다. 해당 성과는 "옌쥬(研究)" 창간호 첫 문장으로 게재되었다. "호흡가능"한 전지의 초급버전은 리튬-산소 전지로서 방전시 공기에서 산소를 획득하고 충전시 산소를 재방출하기에 호흡 가능한 전지로 불린다. 이에서 파생된 충전가능한 나트륨-이산화탄소 전지는 일반적으로 금속나트륨을 음극으로, 탄소 등 재료를 양극으로 이용하는데 방전시 외계에서 이산화탄소를 획득하고 충전시 이산화탄소를 방출한다. 나트륨-이산화탄소 전지는 리튬-산소 전지에 비해 원료가 풍부하고 제조가 간편하며 이산화탄소를 자원으로 이용함으로써 녹색 지속가능한 발전을 구현할 수 있다. 과량의 금속나트륨 음극이 쉽게 수지상 결정을 형성해 전지 합선을 초래하는 등 잠재적 안전 위험을 가져다 줄 뿐만 아니라 금속나트륨 또한 주로 염화나트륨 또는 수산화나트륨을 전해용융하여 제조하기에 에너지소비가 많고 오염이 심하다. 연구팀은 탄산나트륨의 전기전도도가 낮은 등 기술적 어려움을 극복하고 용해석출법을 사용하여 다중벽 탄소나노튜브 표면에서 값싼 탄산나트륨 복합재료를 제조하였다. 그리고 해당 재료를 양극으로, 전기전도성 탄소를 음극으로 사용하여 최초로 나트륨 사전충전이 필요 없는 "호흡가능"한 나트륨-이산화탄소 전지를 구축하였다. 해당 전지는 충전용량 제어를 통해 수지상 결정의 형성을 성공적으로 억제할 수 있으므로 안전성이 대폭 향상되었다. 테스트 결과 면적당 용량이 0.3mAh/cm2 조건에서 100회 순환 후에도 충전 전압을 4V이하로 보장하였다. 연구팀은 이미 용량이 350mAh이고 에너지밀도가 183Wh/kg(전체 전지 질량 대비)인 단량체 전지를 조립하였다. 탄산나트륨은 산업화 제조가 쉽고 탄소는 자연계에 광범위하게 존재한다. 해당 성과는 음극 금속나트륨의 사전충전이 필요 없기에 전지의 잠재적 안전 위험을 효과적으로 줄이는 등 전지 안전 설계에 새로운 아이디어를 제공하였다. 화성 대기에서 95%를 차지하는 이산화탄소를 고려하면 나트륨 사전충전이 필요 없는 "호흡가능"한 나트륨-이산화탄소 전지는 화성탐사를 위해 잠재적 전기화학적 에너지시스템을 제공할 것으로 전망된다. 정보출처 : http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2018-09/17/content_708912.shtml |
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