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May 30, 2023

알류미늄

알루미늄 이온 배터리는 리튬 등 자원이 부족하고 재활용이 어려운 기존 배터리를 대체할 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 그 이유는 알루미늄이 다음 중 하나이기 때문입니다.

알루미늄 이온 배터리는 리튬 등 희귀하고 재활용이 어려운 원자재를 사용하는 기존 배터리를 대체할 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 알루미늄은 지각에서 가장 흔한 원소 중 하나이고, 재활용이 더 쉽고, 리튬보다 더 안전하고 저렴하기 때문입니다. 그러나 이러한 알루미늄 이온 배터리의 개발은 아직 초기 단계에 있으며, 충분한 저장 용량을 제공하는 적합한 전극 재료가 아직 부족합니다. Gauthier Studer가 이끄는 울름 대학의 Birgit Esser 박사, Ingo Krossing 박사, Freiburg 대학의 Anna Fischer 교수가 이끄는 연구팀은 이제 다음으로 구성된 양극 재료를 개발했습니다. 페노티아진을 기반으로 한 유기 산화환원 폴리머입니다. 실험에서 이 전극 재료를 사용한 알루미늄 배터리는 이전에 달성할 수 없었던 그램당 167밀리암페어 시간(mAh/g)의 용량을 저장했습니다. 유기 산화환원 고분자는 지금까지 배터리의 전극 소재로 주로 사용되어온 흑연의 용량을 능가한다. 결과는 에너지 및 환경 과학 저널에 게재되었습니다.

배터리의 개략도는 전극 물질이 산화되고 알루미네이트 음이온이 증착되는 산화환원 과정을 보여줍니다.

비르기트 에세르(CC BY-NC 3.0: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)

전극 물질은 배터리 충전 중에 산화되어 복합 알루미네이트 음이온을 흡수합니다. 이러한 방식으로 유기 산화환원 폴리머 폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)은 충전 중에 두 개의 [AlCl4]- 음이온을 가역적으로 삽입합니다. 연구진은 염화알루미늄이 첨가된 전해질로 이온성 액체 에틸메틸이미다졸륨 염화물을 사용했습니다. "알루미늄 배터리 연구는 미래 에너지 저장 시스템에 대한 큰 잠재력을 지닌 흥미로운 연구 분야입니다."라고 Gauthier Studer는 말합니다. “우리의 초점은 고성능과 가역적 특성을 나타내는 새로운 유기 산화환원 활성 물질을 개발하는 데 있습니다. 클로로알루미네이트 기반 이온성 액체에서 폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)의 산화환원 특성을 연구함으로써 페노티아진 기반 전극 재료에 대한 가역적 2전자 산화환원 과정을 최초로 시연함으로써 획기적인 발전을 이루었습니다. ”

폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)은 0.81V 및 1.65V의 전위에서 [AlCl4]- 음이온을 증착하고 최대 167mAh/g의 특정 용량을 제공합니다. 이에 비해 알루미늄 배터리의 전극재료인 흑연의 방전용량은 120mAh/g이다. 5,000번의 충전 사이클 후에도 연구팀이 제시한 배터리는 여전히 10C에서 용량의 88%, 즉 6분의 충전 및 방전 속도를 유지합니다. 낮은 C 비율, 즉 충전 및 방전 시간이 길어지면 배터리는 원래 용량으로 그대로 돌아갑니다.

Birgit Esser는 "높은 방전 전압과 특정 용량은 물론 빠른 C 속도에서도 뛰어난 용량 유지 기능을 갖춘 전극 소재는 재충전 가능한 알루미늄 배터리 개발과 그에 따른 고급스럽고 저렴한 에너지 저장 솔루션 개발에 큰 진전을 나타냅니다."라고 Birgit Esser는 말합니다. .

G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing 및 B. Esser, Energy Environ. 과학, 2023

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G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing 및 B. Esser, Energy Environ. 과학, 2023

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