| 중국과학원 선전선진기술연구원, 새로운 이중 이온 전지 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 통합기술연구소 기능성박막재료연구센터 연구원 탕융빙(唐永炳) 연구팀은 홍콩시립대학교 교수 리전성(李振聲)과 공동으로 새로운 고효율 저원가 에너지저장 전지를 성공적으로 개발하였다. 관련 논문은 A Novel Aluminum–Graphite Dual-Ion Battery(신형의 알루미늄-흑연 이중 이온 전지)는 에너지 재료 학술지 Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201502588)에 발표되었으며 이미 2건의 PCT 특허 (PCT/CN2015/096887; PCT/CN2015/099967)와 1건의 중국 발명특허(출원번호: 201510856238.9)를 신청하였다. 리튬 이온 전지는 휴대용 전자설비, 전기자동차, 재생가능 에너지 시스템 등 영역의 주요 에너지 전환과 기억장치(storage device)이다. 세계적으로 리튬전지에 대한 수요는 년간 7.7%의 속도로 증가되고 있으며 그 시장규모는 2019년에 1,200억 달러(미국 The Freedonia Group의 시장조사에 의하면)로 도달할 전망이다. 양음극 재료의 이론적 비용량이 비교적 낮은 제한을 받아, 현재 상업용 리튬 이온 전지의 에너지 밀도는 100~150Wh/kg밖에 안되며 제조원가도 비교적 높다. 이로 인해 전자 스마트 단말기 제품, 전기자동차 등 영역에서 고에너지 밀도, 저원가 에너지 저장 소자에 대한 성능 요구를 만족주지 못하고 있다. 이외, 기존의 리튬 이온 전지의 전극 재료는 유독성 금속을 보유하고 있으며 전지의 폐기는 심각한 환경문제를 초래한다. 탕융빙 및 장샤오룽(張小龍), 장판(張帆)은 장기적인 연구 끝에 신형의 알루미늄-흑연 이중 이온 전지(AGDIB)를 성공적으로 개발하였다. 신형의 AGDIB 전지는 저렴하며 쉽게 얻을 수 있는 흑연으로 기존의 리튬 전지에서 원가가 높고 중금속을 보유한 금속산화물 혹은 리튬 인산철을 대체하여 전지의 전극 재료로 한다. 동시에 알류미늄박을 전지 음극재료와 음극집전장치로 하며 일반 리튬염과 카보네이트(carbonate) 용제를 전해액으로 한다. 해당 전지의 작동원리는 기존 리튬이온전지와는 달리 충전과정 중 흑연 양극에서 음이온 인터칼레이션(intercalation) 반응이 발생하고 알루미늄 음극에서는 알루미늄-리튬 합금반응이 발생하며, 방전과정은 이와 반대된다. 신형의 반응 메커니즘은 전지의 작동전압(3.8~4.6V)을 뚜렷이 향상시켰을 뿐만 아니라 전지의 품질, 체적 및 제조원가를 크게 낮춤으로써 전체전지(Total battery)의 에너지 밀도를 전체적으로 향상시켰다. 해당 유형 전지의 전체전지 품질 에너지 밀도와 체적 에너지 밀도는 약 222Wh/kg에 도달할 것으로 추정된다. 500Kg 무게의 AGDIB전지 항속거리는 약 550Km 도달할 수 있다. 해당 전지는 기존의 리튬전지 기술에 비해 뚜렷한 장점을 갖고 있으며 생산원가를 40~50% 낮출 수 있을 뿐만 아니라 에너지 밀도를 약 1.3~2.0배 향상시킬 수 있다. 해당 알루미늄-흑연 전지가 산업화에 성공한다면 기존의 휴대용 전자설비, 전기자동차 및 신에너지 저장 시스템의 사용성능은 대폭 향상될 것으로 전망된다. 현재 해당 전지기술은 전지의 순환 안정성 등을 한층 더 향상시켜 최적화 할 필요가 있다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201603/t20160328_4551053.shtml |
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